magnetiske stormer

Magnetiske stormer er kraftige, uregelmessige forandringer i Jordas magnetfelt. Når disse forandringene kan observeres over hele Jorda samtidig har vi det som kalles globale magnetiske stormer eller bare magnetiske stormer. Slike stormer varer i flere dager. Lokale og mer kortvarige forandringer i Jordas magnetfelt kalles substormer. Substormer forekommer spesielt i nordlysovalen (se nordlys) og i sørlysovalen. Under kraftige substormer kan de magnetiske forstyrrelsene utgjøre opptil ti prosent av den totale feltstyrken til Jordas magnetfelt.

Faktaboks

Uttale
magnˈetiske stormer
Også kjent som

geomagnetiske stormer

Globale magnetiske stormer

Det vi kaller globale magnetiske stormer er et resultat av en intens og langvarig kobling mellom solvindens magnetfelt, det interplanetariske magnetfeltet (IMF), og Jordas magnetfelt. Forekomsten av stormene er irregulær og variasjonene i magnetfeltet kan virke uregelmessig og usystematisk, men utviklingen av en storm følger et fast mønster.

Forløp

Før en magnetisk storm kan man observere en svak økning i Jordas magnetfelt over noen timer. Selve stormen starter med et plutselig utbrudd. I løpet av noen minutter kan man måle at Jordas magnetfelt øker betraktelig. Dette skjer samtidig over hele Jorda. Det sterke magnetfeltet vil vedvare og det vil være sterkere enn normalt i to til seks timer i det som kalles innledningsfasen av stormen. I begynnelsen av den påfølgende hovedfasen skjer det igjen en dramatisk forandring med en kraftig reduksjon av magnetfeltet. Denne fasen varer typisk i 12–24 timer. I hovedfasen vil det også være sterk nordlysaktivitet, og hele nordlysovalen utvides og forskyves mot ekvator. I den siste fasen, gjenvinningsfasen, går feltet langsomt tilbake til normaltilstanden. Denne prosessen kan gå over flere dager.

Kilde

Årsaken til magnetiske stormer er høy aktivitet på Sola. Det er vanlig å måle solaktiviteten ved hjelp av solflekktallet. Men solflekkene er årsaken til magnetiske stormer. Kilden til de magnetiske forandringene er aktive områder i Solas korona og kromosfære. Under erupsjoner og andre former for utbrudd sender Sola ut store skyer av elektrisk ladede partikler, hovedsakelig elektroner og protoner. Dette plasmaet og sendes ut med med en energi på noen tusen elektronvolt. Når en slik sky støter mot Jordas magnetfelt, om lag 21 timer etter utbruddet, vil det føre til en sammenpressing av Jordas magnetfelt på den siden som vender mot Sola (dagsiden). I grenseflatene mellom plasmaskyen og Jordas magnetfelt vil det da skapes elektriske strømmer. Det er disse strømmene som medfører den plutselige forandringen i Jordas magnetfelt i innledningsfasen.

Mekanismene som er involvert i de øvrige fasene er mer kompliserte. Solvindplasmaet blir fanget opp i Jordas magnetfelt. Der blir det tilført energi gjennom akselerasjonsprosesser, og det settes opp en kraftig elektrisk strøm, ringstrømmen, i Jordas ekvatorplan, 20 000 til 40 000 km fra Jordas sentrum. Dette gir magnetfeltvariasjonene i hovedfasen. Under gjenvinningsfasen får man en gradvis uttynning av plasmaet og en reduksjon av ringstrømmen, inntil forholdene i magnetosfæren normaliseres.

Magnetiske substormer

Magnetiske substormer er lokale variasjoner i Jordas magnetfelt som forekommer i polområdene. En substorm kan gi mye høyere forstyrrelser i Jordas magnetfelt enn det man får i en global magnetisk storm. Under kraftige substormer kan magnetfeltet i nordlysovalen avvike flere mikrotesla fra normalverdiene, det vil si et avvik på opp mot ti prosent. Ofte brukes betegnelsen nordlys-substorm eller magnetosfærisk substorm om disse stormene, fordi det under slike begivenheter også vil være kraftig nordlys og annen magnetosfærisk aktivitet, for eksempel røntgenstråling, generering av radiobølger og magnetiske pulsasjoner samt ulike typer ionosfæriske forstyrrelser. Aktiviteten i en magnetisk substorm er lokalisert til nordlys- og sørlysovalene, med maksimum i noen timer omkring magnetisk midnatt. Dette er grunnen til at det er størst sannsynlighet for å observere nordlys rundt magnetisk midnatt, som i Norge er ca. kl. 21:00 til 22:00 lokal tid.

Forløp

Forløpet av en substorm ligner mye på det man observerer i en global magnetisk storm, med en vekstfase, utbrudd, hovedfase og gjenvinning. Men hele forløpet går mye raskere og varer vanligvis omtrent én til to timer. Under en substorm får ionosfæren en sterk innstrømning av energirike partikler fra Jordas magnetosfære. Partiklene, hovedsakelig elektroner og protoner fra Sola, er blitt fanget inn i Jordas magnetfelt. Under substormen blir de frigjort, tilført energi og ledet langs magnetfeltlinjene ned i nordlysovalen, hvor de skaper nordlys, sterke strømmer og magnetforstyrrelser.

I løpet av en natt kan man oppleve flere substormer. Under en slik begivenhet blir det frigjort store mengder energi i ionosfæren. I en representativ substorm med varighet på to timer, vil energien som kommer inn ved partikkelinnstrømningen, utgjøre ca. 20 millioner kilowattimer (kWh) i hvert polområde. En tilsvarende energimengde tilføres fra de elektriske strømmene i form av oppvarming.

Dannelse

Det er ikke kjent i detalj hvilke mekanismer som utløser en substorm, hvilke prosesser som er involvert i energioverføring fra solvinden, og hva som forårsaker akselerasjon av de partiklene som kommer ned i atmosfæren. Det er imidlertid akseptert at kobling mellom magnetiske feltlinjer i solvinden og i Jordas magnetfelt er en av mekanismene som kan starte en magnetisk substorm. Slike koblinger kan skje på dagsiden av magnetosfæren og på nattsiden i det som kalles haleområdet (x-linje).

Betydning

Kunnskap om prosessene som inngår i generering av magnetiske stormer, har betydning ut over det å forstå forhold i vårt kosmiske nærmiljø. Det har blant annet overføringsverdi til laboratorieforskning på plasmaenergi. Variasjoner i magnetosfæren og ionosfæren har også innvirkning på tekniske installasjoner både på bakken og i rommet, og kan i ekstreme tilfeller ha ødeleggende virkning. Kunnskap om prosessene som kontrollerer forholdene i magnetosfæren er viktig for å kunne varsle forstyrrelser. Les mer om dette under romvær og romværvarsling.

Regulære variasjoner

Regulære variasjoner i Jordas magnetfeltet skyldes gravitasjonskreftene mellom Jorda, Sola og Månen. Dette gir flo og fjære-effekter i atmosfæren, analogt med tidevannsforandringene i havet. På samme måte som at tidevannet forårsaker havstrømmer, gir flo og fjære-effektene i atmosfæren regelmessige strømningsmønstre i atmosfæregassen. Dette påvirker også de elektrisk ladede partiklene i atmosfæren som utgjør ionosfæren. Derfor skapes det elektriske strømmer i atmosfæren. Disse strømmene vil igjen indusere egne magnetfelt som påvirker det totale magnetfeltet vi kan måle på Jorda. Endringer i Jordas magnetfelt som følge av tidevannsstrømningene i atmosfæren kalles Sq-variasjoner, og de har et regelmessig mønster i forhold til konstellasjonen mellom Sola og Månen, lokal tid, og geografisk bredde. I Norge er disse variasjonene forholdsvis små, ca. 10 nanotesla (nT), men Sq-bidraget øker mot lavere breddegrader. Ved ekvator kan det komme opp i noen hundre nanotesla. (Det totale jordmagnetiske felt ved ekvator er ca. 30 000 nanotesla.)

Historie

Allerede i 1722 registrerte briten George Graham at Jordas magnetfelt ikke er konstant, men varierer i løpet av døgnet. Begrepet magnetisk storm, i betydningen «en verdensomspennende magnetisk forstyrrelse», ble innført av Alexander von Humboldt. De kraftige forstyrrelsene i polarområdene ble oppdaget senere, og den svenske astronomen, geodeten og geofysikeren Anders Celsius påviste i 1741 at slike forstyrrelser ofte opptrer sammen med nordlys. Ved århundreskiftet gjennomførte Kristian Birkeland et grundig studium av nordlys og magnetiske forstyrrelser. Han påviste forskjellene mellom globale magnetiske stormer og substormer, som han kalte polare elementærstormer. Birkeland lanserte en teori som knyttet sammen nordlys, magnetiske forstyrrelser og elektriske strømmer. Hans tanker om dette var forut for sin tid og ble aldri helt akseptert før direkte målinger i magnetosfæren med satellitter viste at han hadde rett.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg