Norrsken uppstår när elektroner styrs längs magnetfältets fältlinjer och kolliderar med atomer och molekyler i atmosfären. När en elektron krockar med en atom, till exempel en syreatom, exciteras atomen och tar åt sig lite av elektronens rörelseenergi. Elektronen fortsätter lite långsammare och kolliderar med flera atomer medan den första atomen släpper ifrån sig sitt energiöverskott i form av en grön foton. Ett stort antal fotoner tillsammans ger synligt norrsken.

Solsystem i miniatyr

De stora gasplaneterna Jupiter och Saturnus är särskilt intressanta för forskningen eftersom de i princip är solsystem i miniatyr. Samma sak som händer i interaktionen mellan solen och jorden, händer mellan Jupiter och Ganymedes. Den månen har ett magnetfält, och det får ta del av Jupiters magnetosfär. Ganymedes har egna norr- och sydskenszoner och får en släng av partiklarna som Jupiter fångat in.

IRF:s mätinstrument kan liknas vid en väderstation för rymdbruk, en station som mäter rymdvädret i form av den elektriskt laddade gas som far förbi.

Spänningar och strömmar i solvinden mäts med sonder som sticker ut långt utanför rymdskeppet, för att inte påverkas av detta. 40 meter är inget ovanligt avstånd. Efter sin uppfinnare kallas sådana sonder för langmuirsonder.

Hög ström ger tät plasma

Ett exempel är mätning av plasmats täthet, alltså antalet elektroner per volymenhet. Då lägger man på en positiv spänning på sonden, så att den drar till sig elektroner och man kan mäta strömmen som far in i sonden. Ju högre ström desto tätare plasma.


Norrmannen Kristian Birkeland (1867–1917) anses ha lurat ut hur norrskenet fungerar. Han arbetade med en modell av en magnetisk jord, en terella i en vakuumkammare, och skickade elektroner på den från en tänkt sol (elektronkanon) och skapade därigenom norrskens­ovaler i modellform.

Den laddade gasen (plasmat) är mycket tunn och har normalt tätheter från 0,0001 till 100 partiklar per kubikcentimeter. Trycket i solvinden kring Jorden är kring 10-23 pascal. Normala uppmätta fältstyrkor är 0,01–100 volt per meter. Magnetfältets styrka varierar mellan 0,1 nanotesla (i solvinden) till 100 mikrotesla (nära planetytan för himlakroppar med magnetosfärer).

Megaampere runt Jupiter

Strömmar lokalt i rymden är normalt mindre än 100 mikroampere per kvadratmeter, men integrerat över ett stort rymdområde, som Jordens norrskensområde, kan det bli omkring 10–100 kiloampere, eller flera tiotals megaampere i Jupiters magnetosfär.

33 år efter uppskjutningen går Voyager-farkosterna fortfarande nästan utan problem. De har nu hunnit utanför heliosfären, det vet man genom de dagliga rapporterna som visar att antalet partiklar i solvinden som träffar Voyager minskat från 25 protoner per sekund till 2 inom en färdväg på ungefär 39 miljoner kilometer.

Det här tolkas som att partiklarna helt enkelt tagit slut, kört in i den interstellära vinden och omvandlats till värme. Från att från början ha kört om Voyager, som går med 15 kilometer per sekund, är det nu Voyager som kör om solvinden. Solens makt upphör helt enkelt där ute på 110 astronomiska enheters avstånd.

Vad gör forskarna?

”Mätdata från rymdfärden kommer att hålla forskarna sysselsatta i många år framöver” brukar det stå i artiklarna. Men vad gör egentligen de där forskarna? De sitter och tänker, far på konferenser och stöter och blöter sina idéer med andra forskare, skriver artiklar och försöker sila fram något vettigt av alla gigabyte mätdata. Det tar en stund att till exempel fundera ut att en plötslig grop i elektrondensiteten när man passerar Enceladus faktiskt innebär att man kört igenom en plym av negativt laddade iskorn, som tagit åt sig den elektriska laddning som verkar fattas i området runt den lilla månen. Men när man väl kommit på det, då går datorerna varma.

När svenskar ger sig på att bygga något högteknologiskt blir det ofta väldigt bra, som Saab:s Gripen, Asea:s RC-lok, eller som rymdinstrumenten från IRF.

Fakta

IRF:s webbplats:
www.irf.se

Om heliosfären på Wikipedia:
tinytw.se/wikihelio

Om interplanetära magnetfält på Wikipedia:
tinytw.se/intmagwiki

Instrumenten i Juice:
tinytw.se/juiceinst