Norðurljós

Norðurljós (aurora borealis) eru náttúruleg ljós á himni sem verða til þegar hraðfleygar rafhlaðnar agnir (aðallega rafeindir) frá sólinni rekast á atóm og sameindir í lofthjúpi jarðar, yfirleitt í um 100 km hæð. Algengustu litir norðurljósa eru gulgrænn, grænn og rauður sem súrefni gefur frá sér en rauðleit og fjólublá litbrigði af völdum niturs sjást líka stundum. Þegar norðurljósin eru mjög dauf greinir augað enga liti og þá sýnast þau gráhvít. Norðurljós eru ótengd jarðnesku veðri og hefur hitastig engin áhrif á sýnileika þeirra. Sjá Norðurljósaspá.

Norðurljós eru algengust á norðlægum breiddargráðum í norðurljósabelti sem liggur umhverfis norðurheimskautið. Þetta belti er í um 2-3 þúsund km fjarlægð frá segulskautinu og liggur meðal annars yfir Íslandi. Beltið getur stækkað við segulstorma sem verða í kjölfar öflugra sólblossa og kórónuskvetta. Þá geta norðurljós sést í suðlægum löndum en slíkt er sjaldgæft.

Við suðurheimskautið sjást hliðstæð ljós sem nefnast suðurljós (aurora australis) en samheiti yfir norður- og suðurljósin er segulljós. Ljósin eru kennd við rómversku gyðjuna Áróru, gyðju dögunar.

Myndun

Myndun norðurljósa. Sólin sendir frá sér rafhlaðnar agnir sem safnast fyrir í segulhvolfi Jarðar, fá þar hröðun og orku og rekast svo á atóm og sameindir í um 100 km hæð yfir Jörðinni. Mynd: Steele Hill/NASA og Stjörnufræðivefurinn (ísl.)

Norðurljósin myndast þegar hraðfleygar rafhlaðnar agnir frá sólinni, aðallega rafeindir, rekast á atóm og sameindir í um 100 km hæð yfir Jörðinni. Agnirnar koma ekki beint frá sólinni heldur safnast þær fyrir í segulhvolfi Jarðar, streyma eftir segulsviðslínunum og fá þar þá hröðun og orku sem þarf til að mynda ljósin. Við myndun norðurljósa titrar segulsviðið og kemur það fram á segulmælum, svo sem í Leirvogi.

Norðurljósin sjást oftast sem slæður sem liðast eftir himninum. Slæðurnar geta verið hundrað og allt upp í nokkur þúsund kílómetrar að lengd en mun þynnri, ekki nema nokkur hundruð metrar. Algengast er að norðurljósin eigi upptök sín í 90-130 km hæð en þó getur rauði hluti norðurljósanna mælst alveg niður í 70 km hæð og upp fyrir 300 km hæð.

 

Þegar segulsvið sólvindsins snýst í suður þjappast segulhvolfið á daghlið Jarðar, þ.e. þeirri hlið Jarðar sem snýr að sólinni, saman. Segulsviðslínurnar í segulhalanum á næturhlið Jarðar teygjast eins og gúmmíteygjur í teygjubyssu. Þegar segulsviðslínunum slær saman hrekkur segulhalinn til baka og byrjar að titra eins og gormur. Þegar þetta gerist blossa upp björt norðurljós.

Þegar segulhalinn hrekkur til baka fá rafeindirnar í sólvindinum mikla hröðum og ferðast þá hratt að pólsvæðum Jarðar með segulsviðslínunum. Þar örva rafeindir sólvindsins súrefni og nitur í efri lögum lofthjúpsins svo dansandi ljósadýrð verður til.

Mælingar með gervitunglum, til að mynda THEMIS gervitunglum NASA, sýna að norðurljósin ferðast með titrandi segulsviðslínunum. Segulsviðslínurnar sveiflast yfir nokkurra mínútna tímabil og birtast og dofna norðurljósin á sama tíma.

Birtuaukning og dofnun norðurljósanna samsvarar hreyfingu rafeindanna og segulsviðslínanna. Rafeindir í sólvindinum streyma í átt Jörðu, hrökkva til baka af segulhvolfinu og svo aftur inn á við á ný eins og öldur á strönd. Norðurljós birtast þegar rafeindirnar rekast á efri hluta lofthjúpsins og dofna þegar rafeindirnar hrökkva til baka.

 

Litir

Liti norðurljósa má rekja til atóma og sameinda niturs og súrefnis í lofthjúpi jarðar sem gefa frá sér ljós með tilteknum lit (bylgjulengd) þegar agnir sólvindsins örva þær. Algengastur er gulgræni eða græni liturinn frá súrefni en fjólublái liturinn stafar af nitri.

Litirnir eru háðir hæð ljósanna yfir jörðinni. Í 100 km hæð eða svo gefur súrefnið frá sér græna litinn kunnuglega en í um eða yfir 300 km hæð gefur það frá sér rauðan lit. Rauði liturinn er oft á mörkum þess að sjást með berum augum og sést oft betur á ljósmyndum.

Litirnir verða til sem hér segir:

• Grænn: Súrefnisatóm í 90-200 km hæð (558 nm bylgjulengd). Fölgrænn eða gulgrænn er algengasti litur norðurljósa. Augað er næmast fyrir grænum lit.

• Dökkrauð: Súrefnisatóm í meira en 200 km hæð. Dökkrauður litur sést efst í norðurljósum en þá hafa mjög orkuríkar rafeindir örvað súrefnisatómin (630 og 636 nm bylgjulengdir).

• Skærrauð: Nitursameindir í innan við 90 km hæð. Algengur litur við mestu sólstorma, þegar mjög orkuríkar rafeindir örva sameindirnar.

• Fjólublá og blá norðurljós stafa af örvuðu nitri.

• Bleik og gul: Rauð og græn blandast saman

Þegar litirnir blandast allir saman verða norðurljósin yfirleitt ljósleit. Þegar norðurljósin eru mjög dauf greinir augað enga liti og þá sýnast þau gráhvít.

Norðurljós 27. águst

 

Sólvindur

Sólvindurinn er straumur rafhlaðinna agna (rafgass) aðallega rafeindir og róteindir, úr efri hluta kórónu sólar. Í sólvindinum er segulsvið sólkerfisins. Víxlverkun segulsviðs og lofthjúps Jarðar við sólvindinn og segulsvið hans leiðir til myndunar norðurljósa.

 

Hraði

Hraði sólvindsins leikur mikilvægt hlutverk í myndun norðurljósa. Því hraðfleygari sem sólvindurinn er, því meiri líkur eru á að segultruflanir verði og norðurljós kvikni.

Í námunda við Jörðu er vindhraði sólvindsins jafnan í kringum 300 km/s en mun meiri ef straumar berast úr kórónugeilum eða frá kórónuskvettum. Við kórónuskvettur getur vindhraði sólvindsins náð allt að 3000 km/s. Nái svo hraðfleygur sólvindur til Jarðar verður öflugur segulstormur (Kp-gilid 8-9).

Til þess að góð norðurljós kvikni þarf hraði sólvindsins að vera í kringum 500-800 km/s.

Þéttleiki

Þéttleiki sólvindsins er gefin upp í fjölda róteinda (p) á rúmsentímetra (cm³). Því þéttari sem sólvindurinn er (því fleiri róteindir), þeim mun meiri möguleiki er á kröftugum norðurljósum.

Á rólegum degi er dæmigerður þéttleiki sólvinds í námunda við Jörðina 9 róteindir cm³.

Ef gildið er um og yfir 20 róteindir á cm³ er útlitið gott en þó alls engin trygging fyrir því að norðurljós sjáist því vindhraði sólvindsins og Bt-gildið og Bz-gildið þurfa líka að vera heppileg.

Kórónugeilar

Norðurljós eru ekki bundin við virk sólblettasvæði, sólblossa eða kórónuskvettur. Algengara er að norðurljós verði til við streymi sólvinds úr kórónugeilum (coronal holes) fremur en kórónuskvettum (coronal mass ejections).

Sólin er umvafin milljón gráðu heitu gasi sem kallast kóróna. Stundum opnast göt í kórónunni — kórónugeilar  — sem hleypa sólvindi út í geiminn. Verði Jörðin í vegi fyrir gusti sólvindsins kvikna norðurljós. Því hvassari sem vindurinn er, því kröftugri og litríkari verða norðurljósin.

Kórónugeilar birtast sem dökk svæði í kórónu sólar vegna þess að þau innihalda minna efni en nærliggjandi svæði. Í kórónugeilunum eru segulsviðslínurnar opnar svo efni á greiða leið út í geiminn. Kórónugeilar eru þar af leiðandi upprunasvæði hraðfleygari sólvinds (500-800 km/s). Hraðfleygur sólvindur úr kórónugeilum getur því valdið G1 (Kp 5), G2 (Kp-6) og G3 (Kp-7) segulstormum.

27 daga endurtekningin

Kórónugeilar geta verið mjög stöðug fyrirbæri í kórónu sólar og jafnvel enst mánuðum saman. Sólin snýst eins og garðúðari á um 27 dögum (um miðbaug) svo ef tiltekin kórónugeil lokast ekki í millitíðinni verður endurtekning á norðurljósunum tæpum mánuði síðar. Endurtekningin sést vel hér þar sem sýnd eru Kp-gildi mælinga frá Leirvogi .

Hér er undir sést líkan af snúningi sólar og straumi sólvinds úr kórónugeilum. Jörðn er guli punkturinn. Þegar Jörðin er innan í straumi sólvinds eru miklar líkur á að norðurljós sjáist.

Segulsvið sólkerfisins

Sólin er risavaxinn segull. Jörðin líka og gegnir samspil beggja segulsviða veigamiklu hlutverki í myndun norðurljósa.

Við lágmark sólblettasveiflunnar er segulsvið sólar eins og Jarðar, þ.e. nokkurn veginn eins og hefðbundinn segull með lokaðar sviðslínur við miðbaug en opnar sviðslínur við pólana. Slíkt segulsvið er kallað tvípólssvið. Tvípólssvið sólar er álíka sterkt og ísskápssegull eða 50 gauss eða 0,005 Tesla. Segulsvið Jarðar er 100 sinnum veikara.

Við hámark sólblettasveiflunnar birtast margir sólblettir á sólinni. Sólblettirnir eru segulmagnaðir og meðfram stórum segulsviðslínum flæðir efni á milli þeirra. Þetta staðbundna segulsvið er oft mörg hundruð sinnum sterkara en tvípólsviðið. Í kringum sólblettina flækjast segulsviðslínurnar og mynda segullykkjur.

Segulsvið sólar umlykur ekki aðeins sólina sjálfa, heldur nær út í sólkerfið að sólvindsmörkunum. Við sólvindsmörkin stöðvast sólvindurinn þegar hann rekst á efni frá öðrum stjörnum í geimnum. Þar sem sólin snýst einu sinni á tæpum mánuði er segulsvið sólkerfisins þyrillaga eins og pilsaþytur.

Segulsvið Jarðar myndar hvolf í kringum reikistjörnuna okkar sem við köllum segulhvolf og bægir það sólvindhviðum hjá. Mars hefur ekkert segulhvolf og hefur því glatað stærstum hluta af sínum lofthjúpi vegna sólvindsveðrunar.

Bt gildið — styrkur segulsviðs sólkerfisins

Bt gildi segulsviðs sólkerfisins segir til um heildarstyrk segulsviðs sólkerfisins. Því hærra sem þetta gildi er, því meiri líkur eru á aukinni jarðsegulvirkni. Miðlungs segulssviðsstyrkur byrja við 15nT en fyrir miðlægari breiddargráður (sunnan Íslands) eru 25nT gildi heppilegri.

Segulsvið sólkerfisins er vektorstærð með þrjá ása, tvo sem eru samsíða sólbaugnum (Bx og By). Bx og By skipta ekki máli upp á norðurljósavirkni. Þriðji ásinn, Bz, liggur hornrétt á sólbauginn og myndast við bylgjur og aðrar truflanir í sólvindinum.

Bz í suður — Víxlverkun við segulhvolf jarðar

Norður-suður stefna segulsviðs sólkerfisins (Bz) er einn mikilvægasti þátturinn í myndun norðurljósa.

Þegar norður-suður átt segulsviðs sólkerfisins snýst í suður tengjast segulsviðslínurnar við segulhvolfi jarðar sem vísar í norður. Þetta má sjá fyrir sér með venjulegum heimilisseglum. Tveir andstæðir pólar dragast hvor að öðrum.

Segulsvið Jarðar og segulsvið sólkerfisins snertast á stað sem kallast segulhvörf. Segulhvörfin er sá staður þar sem segulhvolfið mætir sólvindinum. Segulsvið Jarðar vísar í norður við segulhvörfin. Ef segulsvið sólkerfisins vísar í suður — kallað Bz suður — á sólvindurinn greiðari leið inn í segulhvolfið þar sem agnir sólvindsins ferðast eftir segulsviðslínunum að pólunum og valda norðurljósum.

Til þess að segulstormur verði þarf stefna segulssviðs sólkerfisins að snúa í suður. Neikvæð gildi um -10nT og lægri eru góð merki um að segulstormur geti orðið en því lægri sem talan er, því meiri er norðurljósavirknin. Aðeins við hraðfleygasta sólvindinn er mögulegt að segulstormur (Kp5 eða hærri) verði þótt ásinn snúi í norður.

Rauntímagögn af sólvindinum og segulsviði sólkerfisins berast frá Deep Space Climate Observatory gervitunglinu (DISCOVR) sem er á braut um sólina milli Jarðar og sólar, í L1 punktinum. Þannig nær DISCOVR gervitunglið að mæla sólvindinn og segulsviðið áður en vindurinn berst til jarðar. Þannig fæst 15 til 60 mínútna viðvörunartími (fer eftir hraða sólvindsins) um hvers er að vænta.

Kp-gildi

Segulmælir er notaður til að mæla truflanir í segulsviði Jarðar. Í rannsóknarstöðvum berast gögn með einnar mínútu millibili. Þessum gögnum er breytt í þriggja klukkustunda vísa eða gildi sem gefa upplýsingar um truflanir í segulsviði Jarðar með stærð sem kallast Kp-gildi (e. Planetary K-index). Kp-gildið segir því til um styrkleika segulstorma frá 0 upp í 9.  Á myndinni sjást mæld Kp-gildi í segulmælingastöðinni Leirvogi undanfarna viku.

Kp-vísirinn er beintengdur við hámarkssveiflu segulsviðsins miðað við rólegan dag í jarðsegulsviðinu, mælt yfir þriggja klukkustunda tímabil. Kp-vísirinn er uppfærður á þriggja stunda fresti og eru upplýsingarnar gerðar aðgengilegar eins fljótt og auðið er. Kp-vísirinn er líka tengdur tiltekinni mælistöð og ef engin er í nágrenninu er gert mat á staðbundnum Kp-vísi sem veldur meiri óvissu því segultruflanirnar eru ekki alltaf jafn miklar alls staðar.

Kp	Segulstormur (G-kvarðinn)	Norðurljósavirkni	Meðalfjöldi í hverri sólblettasveiflu	Útlit
0	G0	Rólegt		Norðurljósabeltið að mestu norðan Íslands
1	G0	Rólegt		Sést til norðurljósa, daufur bjarmi á norðurhluta himins
2	G0	Rólegt		Norðurljós sýnileg, áberandi bjarmi í norðri
3	G0	Órólegt		Áberandi og stundum tilþrifamikil norðurljós
4	G0	Virk		Áberandi og kvik norðurljós, bleikir og fjólubláir litir taka að sjást
5	G1	Lítilsháttar stormur	1700 (900 daga í hverri sveiflu)	Rauðir og fjólubláir litir fara að sjást í tilþrifamiklum og kvikum norðurljósadansi
6	G2	Miðlungs stormur	600 (360 daga í hverri sveiflu)	Mikil og litrík norðurljós, mikið sjónarspil, kórónur algengar
7	G3	Talsverður stormur	200 (130 daga í hverri sveiflu)	Mikil og litrík norðurljós, mikið sjónarspil. Norðurljós sjást yfir öllum himninum
8	G4	Öflugur stormur	100 (60 daga í hverri sveiflu)	Mikil og litrík norðurljós, mikið sjónarspil. Norðurljós yfir öllum himni, áberandi í suðri
9	G5	Meiriháttar stormur	4 (4 daga í hverri sveiflu)	Gríðarmikil norðurljós, rauður litur áberandi (Gerðist seinast 30. okt 2003).

Meðalfjöldi í hverri sólblettasveiflu lýsir fjölda storma þar sem Kp-gildið náði 5-9. Þannig nær Kp-gildið 5 að meðaltali 1700 sinnum í hverri 11 ára sveiflu, stundum oftar en einu sinni á dag. Þess vegna er dagafjöldinn minni en fjöldi skipta.

Áhugavert er að staðsetning sýnilegra norðurljósa færast sunnar á hnöttinn þegar styrkur segulstorms eykst. Hærra Kp-gildi þýðir að norðurljós sjást frá suðlægari breiddargráðum.

Þegar spár um Kp-gildi eru skoðuð er mikilvægt að hafa í hug að gildið getur verið mishátt eftir hnattstöðu. Þannig getur Kp-gildið eða segultruflanir á Íslandi verið hærra eða lægra en á sama tíma í Noregi, Alaska o.s.frv.

Norðurljósabeltið

Norðurljós eru tíðust innan beltis sem kallast norðurljósakraginn eða norðurljósabeltið. Norðurljósabeltið er um 2000 km frá segulpólnum og um 500 km breitt en breikkar og færist á suðlægari breiddargráður við segulstorma. Stórir segulstormar eru algengastir við hámark sólblettasveiflunnar og næstu þrjú til fjögur árin á eftir.

Norðurljósabeltið eða -kraginn. Ef beltið liggur yfir Íslandi og er rauðleitt eru góðar líkur á að norðurljós séu á himni.

Hvar og hvenær sjást norðurljós yfir Íslandi?

Hægt er að sjá norðurljósin hvar sem er á íslandi, að því gefnu að norðurljósabeltið sé yfir landinu, himinninn heiðskír og úti sé myrkur. Líkt og við á um stjörnuskoðun er best að fara út fyrir ljósmengun borgar og bæja til að njóta norðurljósanna í allri sinni dýrð.

Hægt er að fylgjast með því hvenær norðurljósin sjást hér á Stjörnufræðivefnum. Á myndinni hér til hliðar sést hvernig norðurljósabeltið liggur á þessari stundu yfir norðurhvelinu. Þegar það liggur yfir Íslandi sjást norðurljós á himninum. Stærð og umfang beltisins er breytilegt og veltur að mestu á virkni sólar og þar af leiðandi sólvindinum. Sé virkni sólar lítil er beltið venjulega lítið en sé virkni sólar mikill er beltið alla jafna stórt og breitt.

Mælingar, meðal annars í Leirvogi, sýna að norðurljós eru, að meðaltali, algengust milli 23:00 og 01:00,. Þau geta vissulega birst fyrr á kvöldin og síðar á næturnar, allt eftir aðstæðum hverju sinni. 

Ástæða þess að þessi tími er að meðaltali algengari er sú að hann er nálægt segulmiðnætti á Íslandi. Þá er sólin í segulnorðr en ekki hánorðri og Ísland að snúast inn í kragann á þeim tíma. Segulpólarnir eru ekki samsíða landfræðilegum pólum Jarðar, heldur um 11 gráðum frá honum. Þess vegna er segulmiðnætti ekki á sama tíma og náttúrulegt miðnætti. Á Íslandi er segulmiðnætti um kl. 23 en náttúrulegt miðnætti milli 01 og 01:30.

Á Íslandi er of bjart til þess að norðurljósin sjáist á sumrin, þótt þau séu vissulega líka til staðar á þeim árstíma.

Hljóð

Sumir telja sig hafa heyrt hljóð í norðurljósunum, einhvers konar suð, því betur því öflugri sem ljósin eru. Slíkir vitnisburðir eiga að öllum líkindum ekki við rök að styðjast. Norðurljósin eru í um eða yfir 100 km hæð yfir jörðinni, þar sem loftið er of þunnt til að hljóð geti borist til jarðar. Þar að auki tæki hljóðið alla vega um 5 mínútur að berast niður til jarðar. Líklegra er að breyting á raf- og segulsviði nálægt yfirborði jarðarinnar valdi því að neistar streymi á milli hluta og sendi jafnframt frá sér hljóð.

Veður

Margir helda að norðurljósin birtist fremur á köldum og stilltum kvöldum. Það er rangt. Virkni norðurljósa eru algerlega óháð jarðneskri veðráttu. Við sjáum norðurljósin ekki á sumrin vegna birtunnar frá sólinni.

Ástæða þess að fólk tengir norðurljós við kulda er líklega sú að þau sjást á heiðskírum vetrarkvöldum og -nóttum á Íslandi en þá eru góðar líkur á að hæð sé yfir landinu og kalt eftir því. Þetta útskýrir líka hvers vegna fólk tengir norðurljós við stillur.

Útlit norðurljósa

Norðurljós líta oftast út eins og langir, mjóir ljósbogar eða -stólpar sem liggja frá austri til vesturs á norðurhluta himins. Á öðrum stundum liggja þau eins og bönd sem sveiflast eins og gluggatjöld á himninum. Stundum myndast geislar sem minna á stólpa sem tegja sig hátt upp á himinninn.

Stundum eru norðurljós svo dauf að þau líta einna helst út eins og þunn háskýjaslæða eða mistur yfir himninum. Geta þau þá byrgt mönnum sýn á stjörnurnar fyrir aftan og þannig haft slæm áhrif á stjörnuskoðun.

Enn er ekki vitað fullkomlega hvers vegna norðurljós taka á sig mismunandi útlit.

Kóróna

Kórónur eru jafnan tilkomumestu norðurljósin. Í kórónu virðast norðurljósin eiga upptök í einum punkti beint fyrir ofan athuganda sem sér geisla út frá honum í allar áttir. Kórónur eru jafnan hvikar og litríkar.

https://vimeo.com/131064689

Tifandi norðurljós

Einna sérkennilegust eru tifandi norðurljós sem sjást gjarnan í lok öflugra segulstorma. Þau eru yrjótt eða dröfnótt og virðast blikka eða tifa, þ.e. birtast og hverfa á örfáum sekúndum í stað þess að staldra við í lengri tíma eins og virk norðurljós.

Virk norðurljós, sem mynda tilkomumestu norðurljósin, til að mynda boga og kórónur, verða til þegar stór og þétt rafeindaský — til dæmis úr kórónugeil eða frá kórónuskvettu — kemur hreyfingu á segulsvið Jarðar svo agnir, sem hafa orðið fastar í hala segulsviðsins, þjóta að pólunum. Þar rekast þær á miklum hraða á súrefni og nitur í efri lögum lofthjúpsins. Úr verða glóandi ljós sem liggja í löngum bogum og böndum yfir himinninn.

Tifandi norðurljós eru ekki aðeins ólík að útliti, heldur verða þau til á örlítið annan hátt en virku norðurljósin. Rafeindirnar sem mynda tifandi norðurljós eru orkuminni en rafeindirnar sem mynda virku norðurljósin. Þessar tilteknu rafeindir ferðast á milli norðurs- og suðurhvelsins eftir segulsviðslínunum sem tengir hvelin saman. Rafeindirnar í tifandi norðurljósum ferðast hægar en í rafeindirnar sem mynda virku norðurljósin og spíralast inn að pólsvæðunum vegna flókinna bylgjuhreyfinga í segulhvolfinu. 

https://vimeo.com/128714112

https://vimeo.com/184611712Í lok myndskeiðsins sjást tifandi norðurljós.

Norðurljós í sögulegu samhengi

Norðurljósin eru nefnd eftir Áróru, rómversku dögunargyðjunni. Hún endurnýjaði sig á hverjum morgni og flaug yfir himinninn til að boða komu sólar.

Rómverska skáldið Ovidius sagði að Áróra gæti verið dóttir rómverska Títanans Pallasar eða gríska Títanans Hýperíóns (þá sem dögunargyðjan Eos). Áróra á tvö systkini, bróðirinn Sól (Helíos) og systurina Lunu (Selenu eða tunglgyðjuna).

Áróra var sögð eiginkona Astræusar, guð rökkursins og föður stjarnanna, en þau áttu saman Vindana: Nótus (sunnanvindinn sem var tengdur við hita og ris Síríusar eftir miðsumar), Evrus (austanvindinn), Zefýrus (vestanvindinn) og Boreas (norðanvindinn).

Boreas sonur Áróru var guð hins napra norðanvindar og sá sem færði mönnum veturinn. Boreas var sagður sterkur og skapillur. Hann er gjarnan sýndur sem vængjaður, aldraður maður með sítt skegg og úfið hár, haldandi á kuðungi og klæddur skikkju sem bylgjast.

Norðurljós hafa prýtt næturhiminninn frá örófi alda. Finna má lýsingar af norðurljósum í fornritum og á listaverkum fornaldar. Til dæmis er talið að sumar teikningunum sem krómagnonmaðurinn gerði á hellisveggi í suðurhluta Frakklands sýni norðurljós. Ef það er rétt munu teikningarnar vera elstu vísanir nútímamannsins í norðurljósin en talið er að þetta „veggjakrot“ sé um 30 þúsund ára gamalt.

Nokkuð er til af asískum vísunum í norðurljósin, þær elstu um það bil 2600 ára gamlar. Vísanir í segulljósin má hugsanlega einnig finna á nokkrum stöðum í Gamla testamentinu, til að mynda í fyrsta kafla bókar Esekíels. Þar segir:

En uppi yfir hvelfingunni, sem var yfir höfðum þeirra, var að sjá sem safírsteinn væri, í lögun sem hásæti, og þar uppi á hásætinu, sem svo sýndist, var mynd nokkur í mannslíki. Sú mynd þótti mér því líkust sem glóandi lýsigull væri þar neðan frá, sem mér þótti mittið vera og upp eftir, en ofan frá því, sem mér þótti mittið vera, og niður eftir þótti mér hún álits sem eldur, og umhverfis hana var bjarmi. Bjarminn umhverfis var tilsýndar líkur boga þeim, sem í skýjum stendur, þegar rignir.

Þess má geta að enska þýðingin minnir meira á norðurljósin en sú íslenska.

Forngrikkir voru duglegir að fjalla um norðurljósin og elsta gríska vísunin í segulljósin má hugsanlega finna í ritinu Háloftafræði (Meteorologica) eftir Aristóteles. Þar nefnir Aristóteles glóandi ský á himninum. Þótt ótrúlegt megi virðast geta segulljósin birst við Miðjarðarhafið þó það sé sárasjaldgæft.

Sögur herma að árið 37 e. Kr. hafi rómverski keisarinn Tíberíus sent hersveit að Ostíu, hafnarborg Rómar, sem hann hélt að stæði í ljósum logum. Þegar norðurljós sjást á suðlægum breiddargráðum eins og við Miðjarðarhaf eru þau yfirleitt rauð og jafnframt lagt á norðurhimninum. Þetta skýrir þau dæmi sem eru um að menn hafi ruglast á norðurljósum og ófriðarlogum. Þess má þó geta að forna hafnarborgin Ostía er í vesturátt frá Róm.

Engilsaxneskar heimildir segja frá mjög öflugum norðurljósum sem birtust á himninum árið 585 e. Kr. Umfjöllun um norðurljósin á tímabilinu 500 til 1100 má einnig finna í skoskum ritum.

Þann 12. september árið 1621 urðu suður Evrópubúar vitni að norðurljósadýrð. Franski stjörnufræðingurinn Pierre Gassendi varð vitni að sýningunni og gaf ljósunum latneska heitið aurora borealis.

Á endurreisnartímanum spruttu um margar tilgátur sem áttu að útskýra norðurljósin. Franski jarðeðlis-, stjörnu- og líffræðingurinn Jean-Jacques d'Ortous de Marain hélt því fram að ljósin væru afleiðing víxlverkunar gass frá sólinni við lofthjúp jarðar og hitti þar naglann á höfuðið.

Norrænar heimildir um norðurljós

Fyrsta þekkta norræna vísunin í norðurljós er í Konungsskuggsjá, sem á að hafa verið einhvers konar lærdómskver fyrir Magnús Lagabæti, son Hákonar Hákonarsonar, sem segja má að hafi verið fyrsti konungurinn yfir Íslandi. Kverið er í samræðustíl milli föður og sonar og segir þar frá lýsingum Grænlandsfara sem höfðu orðið vitni af norðurljósunum. Spyrja má hvort norðurljós yfir Íslandi séu algengari nú en á tímum víkinga og er þeirri spurning hugsanlega hægt að svara.

Telja má líklegt að víkingar hafi fært sér norðurljósin í nyt er þeir sigldu yfir höfin. Ef þeir höfðu gert sér grein fyrir að norðurljósaslæðan teygir sig venjulega frá austri til vesturs (eða öfugt) gátu þeir staðfesta að þeir væru á réttri leið.

Í íslenskum fornritum er hvergi minnst á norðurljós sem kemur talsvert á óvart. Höfundar þessarar greinar hafa leitað að vísunum í norðurljósin í Íslendingasögunum en samtöl við nokkra fróða íslensku- og bókmenntafræðinga hafa ekki leitt neitt í ljós.

Hjátrú

Hjátrú er óhjákvæmilegur fylgifiskur náttúrufyrirbæris eins og norðurljósa. Inúítar trúðu því að norðurljósin væru andar framliðinna sem léku einhvers konar knattleik með rostungshöfðum. Í Síberíu var talið að börn sem fæddust þær nætur sem norðurljósin voru mikil lifðu löngu og hamingjusömu lífi.

Ýmsir indíánaflokkar í Norður-Ameríku höfðu sínar hugmyndir um norðurljósin. Sumir töldu að þau væri fallnir andstæðingar sem leituðu hefnda en aðrir töldu ljósin stafa af eldum sem kveiktir voru af dvergum í norðri.

Í Noregi trúðu margir sjómenn að norðurljósin hjálpuðu þeim að sjá fiskana, sér í lagi síld. Þess vegna kölluðu þeir norðurljósin einnig síldarljós.

Íslensk hjátrú segir að ef þunguð kona horfir á norðurljós eða blikandi stjörnur muni barnið sem hún ber undir belti tina, þ.e. hafa tinandi augu eða verða rangeygt.

Á mörgum stöðum hafa norðurljós sett sitt mark á menningu okkar. Norðarlega í Noregi er stórt svæð sem kallast Hálogaland sem dregur nafn sitt af norðurljósunum.

Í Finnlandi voru norðurljósin kölluð „Refaeldar“. Nafnið vísar til refs sem feykir ljósamjöll yfir himinninn með skotti sínu.

Rannsóknir á norðurljósum frá Íslandi

Norðurljós hafa verið rannsökuð frá Íslandi í meira en öld. Sem dæmi reistu Danir rannsóknarstöð á Höfða í Eyjafirði árin 1899-1900 til að rannsaka norðurljós.

Frá árinu 1983 hafa athuganir á norðurljósum verið gerðar frá þremur stöðum á Íslandi í samstarfi japönsku Pólrannsóknarstofnunarinnar og Raunvísindastofnunar Háskólans: Í Húsafelli (Augastöðum), á Tjörnesi (Mánárbakka), á Ísafirði á árunum 1984-89 og í Æðey frá 1989-2009. Á suðurhveli, í Syowa á Suðurskautslandinu, starfrækja Japanar sambærilega athugunarstöð í þeim tilgangi að kanna hvort segulljósin séu spegilmyndir hvors annars, svonefndum gagnstæðum norðurljósum.

Segulmælingastöðin í Leirvogi

Línurit mælinga síðasta sólarhring í segulmælingastöðinni í Leirvogi. Mynd:

Í segulmælingastöðinni í Leirvogi skrá mælitæki breytingar á segulsviði jarðar. Stöðin var sett á laggirnar árið 1957 og er hún rekin af Háloftadeild Raunvísindastofnunar Háskóla Íslands.

Á vef stöðvarinnar segir: „Sumar þessarra breytinga eru snöggar af völdum rafagnastrauma frá sólinni. Aðrar hægfara breytingar má rekja til hræringa í kjarna jarðar. Tilgangur mælinganna er að kanna samband þessarra breytinga við önnur fyrirbæri, bæði jarðeðlisfræðileg og stjarnfræðileg. Mælingarnar hafa meðal annars leitt í ljós óvæntar breytingar í segulsviðinu milli ára, svo og breytingar á milli landshluta. Þá hafa þær veitt forvitnilegar upplýsingar um svonefndar risasveiflur sem tengdar eru norðurljósabeltinu. Langtímamælingarnar eru einnig notaðar til að leiðrétta kort fyrir siglingar og flug. Samanburðarmælingar eru gerðar á völdum stöðum úti á landi. Segulmælingastöðin í Leirvogi er talin ein af þeim mikilvægustu í heiminum, enda staðsett í norðurljósabeltinu í miðju Norður-Atlantshafi.“

Segulljós á öðrum reikistjörnum

Suðurljós á Satúrnusi 28. janúar 2004. Ljósin sýnast blá því athuganirnar voru gerðar í útfjólubláu ljósi og síðan lagðar ofan á mynd af Satúrnusi í sýnilegu ljósi. Áhorfandi á Satúrnusi sæi rauð segulljós vegna vetnis í lofthjúpnum. Mynd: NASA, ESA, J. Clarke (Bostonháskóla) og Z. Levay (STScI)

Norðurljós einskorðast ekki við jörðina heldur verða þau til á öllum reikistjörnum sem hafa segulsvið og lofthjúp. Bæði Júpíter og Satúrnus hafa mun sterkara segulsvið en jörðina og stór geislabelti. Norðurljós hafa sést með Hubble geimsjónaukanum á Júpíter, Satúrnusi, Úranusi og Neptúnusi. Ekki eru norðurljós á Merkúríusi, Venusi og Mars.

Öflugustu eru norðurljósin á Júpíter en segulsvið hans er sterkara en allra annarra reikistjarna sólkerfisins. Segulsvið hans tengist líka tunglunum, þá einna helst Íó, sem varpar efnum út í geiminn í miklum eldgosum sem síðan víxlverka við segulsvið Júpíters.

Í segulhvolfi Júpíters eru tvö Van Allen belti rétt eins og þau sem umlykja jörðina. Sökum þess hve segulsvið Júpíters er sterkt getur orka agnanna í beltunum orðið margfalt meiri en í Van Allen beltum jarðar. Engar lífverur lifðu slíka geislun af. Að sama skapi getur tækja búnaður í ómönnuðum könnunarförum skemmst vegna geislunarinnar. Orka segulljósa Júpíters eru talin 10000 sinnum meiri en orka þeirra á jörðinni. Segulljósin eru sennilegast rauð vegna mikils magns af vetni í lofthjúpi Júpíters.

Væri lofthjúpur okkar úr öðrum efnum, til dæmis neoni eða natríumi, sæjum við rauð-appelsínugul og gul norðurljós. Á Júpíter og Satúrnusi eru norðurljósin oftast rauð vegna vetnisins í lofthjúpum þeirra.

Árið 2011 sendi NASA á loft Juno geimfarið. Árið 2016 kemst það á sporbraut um Júpíter og er þar ætlað að rannsaka segulsvið og segulljós reikistjörnunnar ítarlega.

Segulljós séð utan úr geimnum

Segulljósin eru ekki aðeins glæsileg að sjá af jörðu niðri heldur einnig utan úr geimnum. Oftast eru segulljósin í um það bil 100 km hæð en geimstöðin mun ofar eða í um 350 km hæð. Geimfararnir horfa því niður á ljósin og hafa tekið margar stórkostlegar myndir og myndskeið af sjónarspilinu.

Tenglar

• Segulmælingastöðin í Leirvogi

Heimildir

1. Þorsteinn Sæmundsson. Norðurljós - fróðleiksbrot. www.almanak.hi.is/nordurljos.html
2. Rannsóknir á norðurljósum á Íslandi í 30 ár: Fyrirlestur um rannsóknir japanskra og íslenskra vísindamanna á gagnstæðum norðurljósum. Stjörnufræðivefurinn, http://www.stjornufraedi.is/frettir/nr/1447
3. NASA Measuring the Pulsating Aurora