Magnetiske stormer, kraftige, uregelmessige forandringer i Jordens magnetfelt. De egentlige magnetiske stormer kan observeres samtidig over hele Jorden og varer i flere dager. Mer kortvarige magnetiske stormer, substormer, forekommer spesielt i nordlysovalen (se nordlys, beliggenhet). Forstyrrelsene av magnetfeltet kan under kraftige stormer komme opp i 10 % av den totale feltstyrken.
Regulære variasjoner
Regulære variasjoner i magnetfeltet skyldes Solens og Månens tiltrekningskraft, som gir flo og fjære-effekter i atmosfæren, analogt med tidevannsforandringene i havet. På samme måte som tidevannet forårsaker havstrømmer, gir flo og fjære-effektene i atmosfæren regelmessige strømningsmønstre i atmosfæregassen, også i den elektrisk ladede del, ionosfæreplasmaet. Denne plasmadriften genererer elektriske strømmer. Siden en elektrisk strøm vil omgi seg med et magnetfelt, vil tidevannsstrømningene i atmosfæren gi et bidrag til Jordens magnetfelt, Sq-variasjoner, som har et regelmessig mønster i forhold til konstellasjonen mellom Solen og Månen, lokal tid, og geografisk bredde. Ved våre breddegrader er disse variasjonene forholdsvis små, ca. 10 nanotesla (nT), men Sq-bidraget øker mot lavere breddegrader, og kan ved ekvator komme opp i noen hundre nanotesla. (Det totale jordmagnetiske felt ved ekvator er ca. 30 000 nT.)
Globale stormer
Det vi kaller magnetiske stormer er et resultat av en intens og langvarig kobling mellom solvinden og Jordens magnetosfære. Magnetiske stormer skiller seg fra Sq-variasjonene både i intensitet og ved at de ikke opptrer regelmessig og forutsigbart. Men selv om forekomsten av stormene er irregulær og variasjonene i magnetfeltet kan virke uregelmessig og usystematisk, vil likevel utviklingen av en storm følge et fast mønster.
Forløp
Opptakten til en magnetisk storm er en heller udramatisk vekstfase over noen timer, hvor man kan observere en svak økning i magnetfeltet. Selve stormen starter med et plutselig utbrudd (eng. sudden commencement), hvor man i løpet av noen minutter opplever en markert økning i feltet. Dette skjer samtidig over hele Jorden. Feltet vil vedvare å 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 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. Det som vi observerer på Jorden som magnetfeltforandringer, er egentlig effekter av store forandringer i solvind og magnetosfæreplasmaet.
Kilde
Kilden til de magnetiske forandringene finnes på Solen. Man vil derfor finne en sammenheng mellom forekomst av magnetiske stormer og solaktivitet, uttrykt ved solflekktallet. Kildeområdene er imidlertid ikke solflekkene, men aktive områder i Solens korona og kromosfære (se Solen, Solens atmosfære). Under erupsjoner og andre former for utbrudd, vil det sendes ut store plasmaskyer, hovedsakelig elektroner og protoner, med energi på noen tusen elektronvolt. Når en slik sky støter mot Jordens magnetfelt, ca. 21 timer etter utbruddet, vil det føre til en sammenpressing av feltet på dagsiden. Det vil bli satt opp elektriske strømsystemer i grenseflatene, noe som gir den plutselige feltforandringen og økning i feltet i innledningsfasen.
Mekanismene som er involvert i de øvrige fasene er mer kompliserte. Solvindplasmaet blir innfanget i Jordens magnetfelt og tilført energi gjennom akselerasjonsprosesser, og det settes opp en kraftig elektrisk strøm, ringstrømmen, i Jordens ekvatorplan, 20 000 til 40 000 km fra Jordens 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 en undergruppe av magnetiske stormer, en storm i miniatyr. Miniatyriseringen gjelder imidlertid utstrekning og tidsutvikling og ikke intensitet. En substorm kan gi langt høyere feltforstyrrelse enn det man får i en magnetisk storm. Under kraftige substormer kan magnetfeltet i nordlysovalen avvike flere tusen nanotesla fra normalverdiene, dvs. et avvik på opp mot 10 %. 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, f.eks. røntgenstråling, generering av radiobølger og magnetiske pulsasjoner samt ulike typer ionosfæriske forstyrrelser. Aktiviteten i en magnetisk substorm er lokalisert til nordlysovalen, 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. 2100 til 2200 lokal tid.
Forløp
Selve forløpet av en substorm ligner mye på det man observerer i en magnetisk storm, med en vekstfase, utbrudd, hovedfase og gjenvinning. Disse fasene gjennomløpes imidlertid over en mye kortere tid, 1–2 timer. Under en substorm får ionosfæren en sterk innstrømning av energirike partikler fra magnetosfæren. Partiklene, hovedsakelig elektroner og protoner fra Solen, er blitt fanget inn i Jordens 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 2 timer, vil energien som kommer inn ved partikkelinnstrømningen, utgjøre ca. 2 ·107 kWh i hvert polområde. En tilsvarende energimengde tilføres fra de elektriske strømmene i form av oppvarmingen.
Historie
Allerede i 1722 registrerte briten George Graham at Jordens magnetfelt ikke er konstant, men varierer i løpet av døgnet. Begrepet magnetisk storm, i betydningen «en verdensomspennende magnetisk forstyrrelse», ble innført av Alexander von Humbolt. De kraftige forstyrrelsene i polarområdene ble oppdaget senere, og den svenske astronom, geodet og geofysiker 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 de globale stormer og substormer, som han kalte polare elementærstormer, og han lanserte en teori som knyttet sammen nordlys, magnetiske forstyrrelser og elektriske strømmer. Hans tanker om dette var egentlig forut for sin tid og ble aldri helt akseptert før direkte målinger i magnetosfæren med satellitter viste at hans teorem var riktig.
Betydning
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 partikler som kommer ned i atmosfæren. Det er imidlertid akseptert at kobling mellom magnetiske feltlinjer i solvinden og i Jordens magnetfelt er en av mekanismene som kan starte en magnetisk substorm. Slik kobling kan skje på dagsiden av magnetosfæren og i haleområdet (x-linje). Kunnskap om prosessene som inngår i generering av magnetiske stormer, har betydning ut over det å forstå forhold i vårt kosmiske nærmiljø. Det har 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. Kjennskap til de prosesser som kontrollerer forholdene i magnetosfæren, er viktig for å kunne varsle forstyrrelser (se magnetosfæren, magnetosfærevarsling).
Kommentarer
Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.
Du må være logget inn for å kommentere.