Jakter på romkoblingen

GPSen har ført deg på ville veier. Pilen på bensinmåleren peker nedover i takt med humøret. I det du nesten er i ferd med å gi opp, dukker det endelig opp en bensinstasjon der fremme. Likevel, smilet stivner kjapt når den ubemannede automaten nekter å motta betalingskortet ditt.  Årsak: ruskevær i verdensrommet.

– Vi har blitt et samfunn som må stole mer og mer på fjernkommunikasjon og satellitter, sier professor Nikolai Østgaard ved Institutt for fysikk og teknologi.

Les om alle UiBs SFF-kandidater.

Rommelding

Jorden er hovedsakelig koblet til verdensrommet via polene. Når elektrisk ladde partikler fra rommet bombarderer jordens magnetiske poler oppstår det lys. Det vil si nordlys eller sørlys.

Dette elektriske regnet kan forstyrre de elektriske signalene som kommuniserer med satellitter og medføre praktiske problemer. Det fainnes faktiske eksempler på at satellitter har blitt slått ut av uvær i rommet og skapt trøbbel for både GPS og betalingskortautomater.

– På samme måte som sjøfolk er avhengige av gode værmeldinger, kommer vi sannsynligvis til å bli mer avhengige av gode rommeldinger fremover etter hvert som vi kommer til å bruke mer romteknologi, sier Østgaard.

Kosmisk kobling

For å gi gode romværmeldinger er man først og fremst nødt til å forstå fysikken i verdensrommet.  Det er her Østgaard og  SFF-kandidaten Birkeland Center for Space Science kommer inn i bildet. Gruppen som Østgaard leder vil gå grunnleggende til verks for å finne ut av hvordan jorden er koblet til verdensrommet.

– Spørsmålet om hvordan jorden er koblet til rommet er ikke et nytt spørsmål. Men det har kommet mange nye  bilde- og satellittdata i løpet de siste årene som gjør at vi må stille spørsmålet på nytt, sier Østgaard.

Blant annet har satellitter nylig tatt bilder av nordlyset og sørlyset samtidig. Bildene viser at de ikke oppfører seg likt, som tidligere antatt. Siden jorden hovedsakelig er koblet til rommet via polene, er det derfor mange ubesvarte spørsmål som har dukket opp.

Nordlys

Blant annet skal gruppen studere hvordan nordlyset og sørlyset danner elektriske strømfelt rundt jorden. Når polene blir bombarder av energirike og elektriske ladde partikkelskurer oppstår det  elektriske felter og strømsystemer i det nære rommet.

På samme måte som en meteorolog er avhengig av gode værmodeller for å spå været, er romforskere avhengig av gode modeller for å forutsi hvordan rommets elektriske strømsystemer beveger seg.

– I dag finnes det kun statiske storskalabilder av de elektriske partikkelsystemene. Vi ønsker imidlertid å lage finskalerte dynamiske modeller som på en bedre måte simulerer disse, sier Østgaard.

Gammaglimt

Det elektriske strømsystemene blir ikke bare påvirket av at jorden blir truffet av partikkelskurer fra rommet.

På jorden lyner det gjennomsnittlig 45 ganger i sekundet. Det vil si flere millioner ganger i døgnet. Ti år med bilder fra satellitten Rhessi viser at røntgen- og gammastråler, såkalte gammaglimt,  oppstår i tordenvær. Gammaglimtene er elektrisk ladede partikler som flyr med lysets hastighet når det lyner og tordner.

I 2010 ble ti år med rådata av jordiske gammaglimt fra satellitten Rhessi gjort tilgjengelig. Institutt for fysikk og teknologi utviklet en søkealgoritme som var smartere enn eieren av satellitten hadde. Instituttet fant mer enn dobbelt så mange gammaglimt enn det som opprinnelig var rapportert.

Instituttet har også utviklet måleapparater som er state of the art for å måle gammaglimtene.

Lynutladninger fungerer som et batteri og lager et elektrisk felt rundt hele jorden. Det er lite kjent hva som skjer når gammaglimt fra jorden eller elektriske partikler fra rommet pløyer seg gjennom atmosfæren.

– Vi beveger oss inn i et elektrisk felt og blir truffet av partikler som flyr med lysets hastighet uten å vite hva dette egentlig betyr, sier Østgaard.

Endrer klima

Én av hypotesene går ut på at  partikler som trenger seg inn i atmosfæren kan påvirke den kjemiske sammensetningen i værsystemene på jorden. For eksempel har noen studier antydet at skylagene blir tykkere av kosmisk stråling. Men dette er et svært kontroversielt emne, ifølge Østgaard.

Den energirike partikkelnedbøren og gammaglimtene som går gjennom atomsfæren kan kanskje påvirke været lokalt rundt polene, og ha interesse for klimaforskere.

– Jeg vil være forsiktig med å si at dette har store innvirkning på klima. Men det er en brikke som ikke er forstått. Så lenge det ikke er undersøkt, kan vi heller ikke si noe med sikkerhet.

Romteknologisk samarbeid

For å finne ut av hvordan jorden er koblet til rommet skal senteret analysere all tilgjengelig data fra europeiske og amerikanske satellitter. I tillegg skal forskerne bruke fjernmåling, lyttestasjoner og nordlysobservatorier på Svalbard og i Nord-Norge for å forstå strømsystemene i rommet.

– På Institutt for fysikk og teknologi er vi i ferd med å utvikle det første apparatet for å måle våre elektriske omgivelser. Denne skal sendes til den europeiske romstasjonen, sier Nikolai Østgaard.

Gruppen skal også være med på et ballongprosjekt i Mellom-Amerika. I ti dager skal ballongen henge i 30 kilometers høyde over tordenssystemer.

Men gruppen trenger ikke å reise så langt hver gang de skal studere lyn. Forskerne kan også studere konsekvensene av lyn i ro og mak på labben. Ved å sette én megavolt strøm mellom to poler, kollapser luften mellom dem og det oppstår lyn.