Hva er nordlys? Slik oppstår lyset på himmelen

Nordlys er lys fra den øvre atmosfæren. Det oppstår når elektrisk ladde partikler, hovedsakelig elektroner, styres av jordas magnetfelt ned mot polområdene og kolliderer med oksygen og nitrogen mellom omtrent 80 og 500 kilometers høyde. Gassene får tilført energi og sender den ut igjen som lys, omtrent slik et lysstoffrør gløder. Nord-Norge ligger nesten midt under det beltet der dette skjer oftest, og det er derfor du har så gode sjanser her.

Fra sola til himmelen over deg

Alt begynner med sola. Den sender hele tiden ut en strøm av elektroner og protoner som vi kaller solvinden. Ved jordas avstand fra sola beveger solvinden seg typisk med noen hundre kilometer i sekundet, og den tar med seg en del av solas magnetfelt ut i rommet.

Jorda er beskyttet av sitt eget magnetfelt. Rommet der jordas felt dominerer kalles magnetosfæren. Solvinden presser feltet sammen på dagsiden, til omtrent ti jordradier fra jordas sentrum, og strekker det ut i en lang hale på nattsiden, langt forbi månebanen. Grensen er ikke tett. Energi og partikler lekker inn, særlig når magnetfeltet i solvinden peker sørover, motsatt av jordas eget felt. Da kobles de to feltene bedre sammen.

Energien lagres i magnetosfærens hale. Når den frigjøres, akselereres elektroner langs magnetfeltlinjene ned mot atmosfæren. Ifølge NOAA har de da fart på rundt en tidel av lysets hastighet. Det er disse elektronene, ikke partiklene rett fra sola, som tenner det meste av nordlyset vi ser om natten.

Hvordan luften begynner å lyse

Når et raskt elektron treffer et oksygenatom eller et nitrogenmolekyl, løftes atomet til en høyere energitilstand. Etter en kort stund faller det tilbake og sender ut et foton, en lyspartikkel med en bestemt bølgelengde. Hvilken farge lyset får, avhenger av hvilken gass som treffes og hvor høyt det skjer.

• Den vanligste fargen er grønn, fra atomært oksygen ved 557,7 nanometer.
• Rødt kommer også fra oksygen (630,0 nm), men høyere oppe, der luften er tynnest.
• En lilla eller rosa underkant kommer fra nitrogen når elektronene har ekstra mye energi og trenger dypt ned.

Les mer om dette i artikkelen om nordlysets farger, der vi også forklarer hvorfor kameraet ofte ser mer farge enn øyet.

Hvor høyt er nordlyset?

Nordlyset ligger langt over været og skyene. Den norske forskeren Carl Størmer målte høyden ved å fotografere de samme nordlysformene samtidig fra to steder med kjent avstand. Over 14 000 målinger viste at det kraftigste nattnordlyset vanligvis ligger mellom 100 og 120 kilometer over bakken. Underkanten kan unntaksvis gå ned mot 85 kilometer, mens stråler kan strekke seg opp til 200–300 kilometer. En nyere studie basert på all-sky-kameraer i Nord-Finland og Nord-Sverige fant at både den grønne og den blå strålingen typisk har sitt maksimum rundt 114 kilometer.

Det betyr at nordlyset du ser lavt i nord fra Trøndelag eller Østlandet, kan stå nesten rett over hodet på folk flere hundre kilometer lenger nord.

Nordlysovalen: hvorfor Nord-Norge er så godt plassert

Magnetfeltet leder partiklene inn i et ringformet belte rundt hver magnetiske pol, nordlysovalen. Ovalen ligger fast i forhold til sola, mens jorda roterer under den. Ifølge Store norske leksikon ligger ovalen på nattsiden omtrent 23 grader fra den magnetiske polen, og på dagsiden nærmere polen. I vår del av verden følger ovalen kysten av Troms og Finnmark om natten, mens den om dagen ligger over Svalbard.

Beltet der nordlyset oftest står over himmelen, kalles nordlyssonen. Der er det godt synlig nordlys mer enn halvparten av nettene, selv når sola er rolig. NOAA beskriver det samme: under ovalen, omtrent mellom 60 og 75 grader bredde, kan nordlys observeres mer enn halve nettene i året, så lenge det er mørkt og klart.

Når aktiviteten øker, utvider ovalen seg mot sør og blir bredere. Det er derfor nordlyset noen ganger kan sees fra Oslo, Bergen og enda lenger sør. Hvor kraftig forstyrrelsen er, måles blant annet med Kp-indeksen. Ved geomagnetiske stormer kan ovalen strekke seg langt ned i Europa.

Former og faser: buer, draperier og korona

Nordlyset har noen grunnformer som går igjen:

• Buer og bånd strekker seg i magnetisk øst–vest-retning over himmelen. Buer er ofte rolige og jevne, bånd kan folde seg.
• Stråler og draperier følger magnetfeltlinjene og står nesten loddrett hos oss. Draperiformen var forbildet for logoen til OL på Lillehammer i 1994.
• Korona er når strålene ser ut til å komme fra ett punkt rett over deg. Det er et perspektiv: du ser opp langs feltlinjene.
• Diffuse flekker er vanligst sent på natten og mot morgenen, og de blinker ofte av og på.

En typisk aktiv kveld følger et mønster som kalles en nordlyssubstorm. Først ser du en eller flere svake, gulgrønne buer lavt i nord, og det kan vare i timevis. Så blir buene sterkere, får strålestruktur og beveger seg sørover. Plutselig kommer utbruddet: lyset sprer seg over store deler av himmelen i bånd og draperier som bukter seg raskt, ofte med rød eller lilla underkant. Denne fasen varer gjerne rundt ti minutter. Etterpå roer det seg til et diffust, pulserende slør. Forløpet kan gjenta seg flere ganger i løpet av en natt, og det mest dynamiske nordlyset kommer rundt magnetisk midnatt. Se også beste tid på natten.

Et norsk forskningseventyr

Nordlyset har fascinert mennesker i tusenvis av år, og det norske ordet har lange røtter: Kongespeilet, skrevet i Norge rundt 1230, er ifølge en artikkel fra det amerikanske National Park Service den første kjente teksten som bruker betegnelsen «nordlys». I 1741 fant Anders Celsius en sammenheng mellom nordlys og forstyrrelser i magnetfeltet.

Det store gjennombruddet var norsk. Kristian Birkeland foreslo at nordlyset skyldes ladde partikler fra sola som fanges av jordas magnetfelt. Rundt år 1900 bygde han en magnetisk modellklode, en terrella, i et vakuumkammer og fikk frem lysende ringer rundt polene. Han opprettet også egne observatorier i Arktis. Carl Størmer regnet ut partiklenes baner matematisk og kartla nordlyshøyden. Birkeland og nordlysovalen er avbildet på 200-kroneseddelen som kom i 1994. Moderne målinger med raketter og satellitter har i stor grad bekreftet hovedtrekkene i Birkelands teori.

Kort oppsummert

• Nordlys er lys fra oksygen og nitrogen som treffes av elektroner, typisk 100–120 km over bakken.
• Energien kommer fra solvinden, og den kobles best inn når magnetfeltet i solvinden peker sørover.
• Nord-Norge ligger under nordlysovalen om natten, og der er det nordlys over himmelen mer enn halvparten av nettene. Det du trenger i tillegg, er mørke og klarvær. Se artikkelen om skydekke og klarvær.
• Vil du vite om det er verdt å gå ut i kveld? Sjekk varselet for der du er.