Norðurljós
Ég hef verið beðinn um að segja hér nokkur orð um norðurljósin sem lýsa upp himininn yfir Íslandi á heiðskírum vetrarkvöldum. Fyrir meira en þrjátíu árum flutti ég í fyrsta skipti erindi um þetta sama efni. Á þeim tíma sem síðan er liðinn hefur margt breyst. Jafnframt því sem fræðimenn hafa fengið í hendur sífellt betri og fullkomnari tæki til að rannsaka norðurljósin og hin fræðilega mynd af þeim hefur skýrst, hefur mynd almennings af norðurljósunum dofnað, og á ég þá við ljósmengunina sem svo víða spillir útsýni til himins, sérstaklega hér á Reykjavíkursvæðinu. Fyrir þrjátíu árum gat ég hafið mál mitt á því að segja að allir Íslendingar þekktu norðurljósin, en nú er ég ekki eins viss. Það að hafa séð norðurljósum bregða fyrir stöku sinnum milli ljósa í höfuðborginni er alls ekki það sama og að þekkja norðurljósin. Til þess að kynnast þeim vel þurfa menn að gefa sér góðan tíma, komast langt frá öllum rafmagnsljósum og bíða með þolinmæði klukkutímum saman, jafnvel heilu næturnar. Ég skal játa, að það er langt síðan ég hef gert þetta sjálfur, en á menntaskólaárunum notaði ég hvert tækifæri sem gafst í þrjá vetur til að fylgjast með norðurljósum og skrá skýrslur um þau. Skýrslurnar sendi ég til norðurljósadeildar breska stjörnufræðifélagsins. Ekki veit ég hvort þetta framlag mitt kom vísindunum að nokkru gagni, en fyrir sjálfan mig var það ómetanlegt að kynnast norðurljósunum með þessum hætti. Ég vil hvetja alla sem hér eru staddir til að reyna þetta sjálfir nokkur heiðskír kvöld, taka sér hvíld frá sjónvarpinu og kynnast fegurð himinsins í staðinn. Því að norðurljósin eru án efa eitthvert fegursta fyrirbæri í náttúrunni, og á himninum er fátt sem keppir við þau í stórfengleik. Þau geta orðið svo björt að birtan frá þeim nægi til að lesa við, að minnsta kosti sæmilega stórt letur. Ég hef reynt þetta sjálfur úti í sveit þar sem fullkomið myrkur var að öðru leyti.
En hvað er það sem við sjáum þegar við förum að fylgjast með norðurljósum? Í fyrsta lagi sjáum við að þótt gerð þeirra geti verið mjög mismunandi, skiptast þau í ákveðna flokka eða tegundir. Einfaldasta tegundin sem flestir þekkja er bogi sem teygir sig yfir himininn og getur varað hreyfingarlítið langa stund. Þá eru það ýmiss konar bönd, sem eru óreglulegri í lögun, sýna meiri hreyfingu og eru oft bjartari. Grannir geislar eru í mörgum norðurljósum, einkum þeim sem eru á verulegri hreyfingu. Þessir geislar geta orðið mjög langir. Þessar gerðir hygg ég að flestir þekki, enda eru þær mest áberandi. Daufari tegundir eru þokukenndir blettir, sem líkjast skýjum í útliti, og slæða, sem getur þakið stórt svæði, jafnvel mikinn hluta himins. Bæði blettirnir og slæðan geta sýnt sérkennilegar birtusveiflur, geta birst og horfið aftur með mismunandi reglulegu millibili. Einnig sjást stundum í þeim ljósöldur sem fara yfir himininn með leifturhraða, sem er miklu meiri en í venjulegum norðurljósum. Samkvæmt minni reynslu hafa fæstir séð þetta sérkennilega fyrirbæri vegna þess hve ljósin eru dauf, en þó er fyrirbærið alls ekki óvenjulegt. Litir í norðurljósum geta verið mjög fallegir eins og allir vita. Algengasti litur í norðurljósum er grænn litur sem stafar frá atómum súrefnis. Frá súrefnisatómum getur líka stafað rauður litur sem helst sést ofarlega í bogum og böndum, en algengara er að rauður litur komi fram neðst í geislóttum böndum, og stafar sá litur frá nitursameindum (köfnunarefnissameindum). Frá röfuðum nitursameindum stafar fjólublár litur sem stundum sést. Þegar norðurljós eru dauf sýnast þau ávallt hvít, en það stafar af því að mannsaugað getur ekki greint liti í mjög daufu ljósi. Hið merkilega er, að mjög björt norðurljós geta líka sýnst alhvít. Ég hef séð þetta í a.m.k. tvö skipti og stóð fyrirbærið í nokkra stund. Hvíti liturinn hlýtur þá að hafa komið fram við fremur ólíklega blöndu af þeim skörpu litrófslínum súrefnis og köfnunarefnis sem fyrr getur. Stöku sinnum ber það við að norðurljósin sýnast alrauð, hvar sem er á himni. Ég hef aðeins séð það fyrirbæri einu sinni, og var þá staddur í Skotlandi, í febrúar 1958. Þá sáust norðurljós víða um heim, langt sunnan norðurljósabeltisins, og virðist sem rauð norðurljós séu algengari við þær kringumstæður. Í janúar 1938 sáust slík norðurljós mjög víða, og ég hef heyrt frásögn manns sem sá þau hér á landi. Í Almanaki Þjóðvinafélagsins um það ár stendur eftirfarandi setning: "Af norðurljósum mun hafa stafað ókennilegur dimmrauður roði sem sást á suður- og suðvesturlofti úr flestum héruðum landsins 25. janúar". Sá sem þetta ritaði var Björn Sigfússon, sem
háskólamönnum er að góðu kunnur. En lýsingin sýnir að þessi rauðu
norðurljós eru alls ólík þeim sem menn eiga að venjast. Liturinn í
þessum tilvikum mun stafa frá súrefni, en ekki köfnunarefni.
Áhrif segulsviðs jarðar á norðurljósin eru þannig augljós athuganda á jörðu niðri; hann þarf engin sérstök tæki til að sannfærast um slíkt. Árið 1860 uppgötvaði Bandaríkjamaður að nafni Loomis að norðurljós verða ekki sífellt algengari þegar nær dregur heimskautunum, heldur eru þau mest í svonefndu norðurljósabelti sem Loomis taldi vera 20-30° frá norðurheimskautinu. Síðari athuganir hafa sýnt að þetta belti hefur ekki heimskautið að miðju heldur segulskaut jarðar, sem er um 10° frá heimskautinu, um 300 km norðan við Thule á Grænlandi. Landabréf sýna oft annað segulskaut, sem nefna mætti segulhallaskaut, og áttaviti á jörðu niðri myndi vísa manni á. Munurinn stafar af óreglum í segulsviði jarðskorpunnar, en slíkrar óreglu gætir lítið í þeirri hæð sem norðurljósin eru. Árið 1881 gaf Svisslendingurinn Hermann Fritz
út kort þar sem hann hafði tekið saman allar norðurljósaathuganir
sem hann gat fundið. Kortið sýndi tíðni norðurljósa á mismunandi
stöðum og þar með hámarkið, sem var baugur umhverfis segulskaut
jarðar. Á korti Fritz er baugur þessi sýndur sunnan við Ísland, og
enn í dag eru að koma út bækur þar sem vitnað er í þetta kort og
sagt að Ísland sé norðan við norðurljósabeltið. Á korti frá 1944
eftir Vestine er baugurinn sýndur yfir Ísland sunnanvert eða
suðaustanvert. Kort sem gert var árið 1962, eftir athugunum á
Alþjóða-jarðeðlisfræðiárinu, sýnir hámarksbauginn þvert yfir Ísland,
og þó fremur yfir landið norðan- og vestanvert. Þetta mun gleðja
Norðlendinga sem oft halda því fram að norðurljós séu minni og
ómerkilegri á Suðurlandi en Norðurlandi, en munurinn, ef einhver er,
er ekki umtalsverður. Á seinni árum hefur hugtakið norðurljósabelti
að miklu leyti vikið fyrir öðru hugtaki, norðurljósasveignum
sem er eins konar kragi sem norðurljósin
mynda á hverjum tíma umhverfis segulskautið. Þessi sveigur eða
kragi heldur
nokkurn veginn stöðu sinni miðað við sól, meðan jörðin snýst undir
honum þannig að staður eins og Ísland gengur inn undir sveiginn og út
undan honum aftur á hverjum sólarhring. Norðurljósasveigurinn sést úr
gervitunglum, en norðurljósabeltið, sem er eins konar reiknað
meðaltal, en ekki náttúrlegt fyrirbæri, sést ekki utan úr geimnum.
Það munu hafa verið sovéskir vísindamenn sem fyrstir gerðu sér skýra
grein fyrir norðurljósasveignum. Það var árið 1963, en vísbendingar
um hann höfðu komið fram löngu fyrr. Hvað sem athugunum Tromholts líður, er óhætt
að segja að norðurljós sjáist hér á landi svo til á hverri einustu
nóttu, og það á við um norðurljósabeltið í heild. En ljósin eru
mismikil og fer tíðni þeirra eftir tíma dags og árstíðum. Auk þess
er lengri sveifla í norðurlljósum tengd sólblettaskeiðinu. Samkvæmt
mælingum hér á landi eru norðurljós algengust nálægt miðnætti, þ.e.
segulmiðnætti, þegar sól er í segulnorðri. Svo vill til að í
Reykjavík er þessi tími kl. 23 - 24, en ekki nálægt hálf tvö,
þegar sól er í hánorðri. Á þessum tíma er landið að ganga gegnum
suðurmörk norðurljósasveigsins, en það er þó varla öll skýringin á
hámarkinu.
Þeir sem fjallað hafa um norðurljós í
fjölmiðlum hafa oftar en ekki notað þetta línurit til að spá fyrir
um norðurljós eitthvert tiltekið kvöld. Slíkar spár eru á
misskilningi byggðar því að línuritið er meðaltal margra ára og
gefur engin fyrirheit um hámark eins kvölds eða nætur. Að frumorsök norðurljósanna væri að leita á sólinni varð ljóst þegar á síðustu öld. Svissneski stjörnufræðingurinn Rudolf Wolf sýndi fram á það árið 1852 að tíðni norðurljósa fylgdi fjölda sólbletta. Hinn 1. september 1859 varð enski stjörnuáhugamaðurinn Richard Carrington vitni að mjög óvenjulegum atburði þegar hann var að horfa á sólina. Í grennd við stóran sólblettahóp sá hann skyndilega skæran blossa sem stóð í nokkra stund. Tæpum sólarhring síðar mældust geysilegar truflanir í segulsviði jarðar og mikil norðurljós sáust á ólíklegustu stöðum. Þótt Carrington færi varlega í allar fullyrðingar, fannst honum sennilegt að samhengi væri milli þessara atburða. Seinni tíma athuganir hafa sýnt, að það sem hann varð vitni að var óvenju bjartur sólblossi, og rafagnaskýið sem frá sólinni þeyttist náði til jarðar á mettíma, með hraða sem samsvarar 2500 km/sek. Nú vitum við líka, að orkan sem leysist úr læðingi í stórum sólblossa samsvarar milljarði af 1 megatonna vetnissprengjum. Það er því ekki undarlegt þótt áhrifanna gæti um langan veg. En tengslin við sól koma líka fram með öðrum hætti. Á árunum 1870 til 1900 sýndu ýmsir vísindamenn fram á það að norðurljós og fleiri fyrirbæri sýna tilhneigingu til endurtekningar á 27 daga fresti. Nú svara 27 dagar einmitt til snúningstíma sólar séð frá jörð, og það lá því beint við að álykta að frá vissum svæðum á sól kæmu stöðugir straumar efnis sem ylli truflunum á jörð í hvert sinn sem straumurinn færi yfir jörðina, líkt og vatn úr garðslöngu sem snýst. Nokkur tími leið þar til þessi kenning varð almennt viðurkennd, ekki síst vegna þess að erfiðlega gekk að finna þau svæði á sól sem straumarnir hefðu átt að koma frá. Nú vita menn að þær rafagnir sem valda norðurljósunum eiga upptök sín í kórónu sólar. Kórónan er afar heit, 1,5 til 2 milljón stig, miklu heitari en yfirborð sólar, en svo þunn að hún sést illa í sýnilegu ljósi. Áður fyrr sást hún helst við sólmyrkva. Útgeislun kórónunnar er mest á röntgenbylgjusviðinu, en þeir geislar ná ekki niður á yfirborð jarðar. Það er ekki fyrr en á síðari árum sem mönnum hefur tekist að taka samfelldar röntgenmyndir af sólinni úr gervitunglum. Í ljós hefur komið að samfelldir, stöðugir rafagnastraumar koma frá þeim svæðum í kórónunni sem daufust eru og köldust. Þessi svæði kallast kórónugeilar. Í heitari svæðunum er sterkt segulsvið sem kemur í veg fyrir útstreymi rafagna. Þessi stöðugi straumur rafagna frá sólu kallast sólvindur; sá vindur blæs með hraða sem er breytilegur frá 300-700 km/s svo að algengar tölur séu nefndar. Því hraðari sem straumurinn er, því meiri líkur eru á að hann valdi truflunum á jörð. Hraðinn eykst mjög þegar farið er frá miðbaugssvæðum sólar til pólsvæðanna, og er þar ef til vill að finna hluta skýringarinnar á því hvers vegna meira er um norðurljós vor og haust, þegar jörð er lengst frá miðbaugsfleti sólar. Hinir stöðugu sólvindsstraumar geta valdið miklum truflunum á jörð og þar með norðurljósum, en mestu truflanirnar verða þó við kórónugos, sem eru býsna algeng, en hafa ekki alltaf áhrif á jörð. Kórónugosum fylgja stundum sólblossar, sem sjást í lithvolfi sólar, en það er alls ekki föst regla. Ef mikið af rafögnum berst til jarðar, hvort heldur er úr sólvindsstraumi eða kórónugosi, getur það valdið miklum norðurljósum, sem breiðast þá langt út fyrir norðurljósabeltið. Þess eru nafnvel dæmi að norðurljós hafi sést við miðbaug (25. september 1909, í Singapore). Segulsvið jarðar ver hana fyrir rafögnum frá sólinni; þær komast ekki beint inn í háloftin nema að litlu leyti í grennd við heimskautin, í hringlaga kleif. Áður héldu menn að þar væri komin nægileg skýring á norðurljósabeltinu, en svo reyndist ekki vera. Í sólvindinum eru aðallega rafeindir og róteindir, en hraði þessara agna, þótt drjúgur sé, nægir engan veginn til að fá háloftin til að lýsa. Mælingar sýna, að það eru fyrst og fremst rafeindir sem mynda norðurljósin, og hraði þeirra er hundraðfalt meiri en hraði sólvindsins. Hvar rafeindirnar fá þessa miklu hröðun er spurning sem erfitt hefur reynst að svara. Nýjustu niðurstöður benda til að það gerist þeim megin við jörð sem frá sólu snýr, í 5-10 þúsund km hæð frá jörðu. Vegna sólvindsins myndar segulsvið jarðar langan hala út í geiminn, þeim megin sem frá sólu snýr. Rafagnir frá sólinni virðast safnast í þennan hala og fá þaðan hröðun eftir segulkraftlínum niður í háloftin bæði í suðri og norði. Það hefur komið á óvart, að það eru ekki
eingöngu utanaðkomandi rafagnir sem valda norðurljósunum. Mikið af
ögnunum virðist koma úr gufuhvolfi jarðar. En rafagnaskýin frá
sólinni eru þó sá hvati, sem setur ferlið af stað. Jarðsegulskautið er nú skammt norðvestan við Grænland,
rúmlega 1100 km frá heimskautinu. Á
þeim tíma þegar Íslendingasögur voru ritaðar hefur það hugsanlega
verið annars staðar og norðurljósabeltið þá legið norðan við Ísland.
Lítið fer fyrir lýsingum af norðurljósum í Íslendingasögum, en í Konungsskuggsjá sem rituð var í
Noregi um 1250 er rætt um norðurljós sem fyrirbæri
sem sjáist á Grænlandi, en söguritari virðist ekki þekkja þau af
eigin raun. Hins vegar eru til lýsingar á björtum norðurljósum sem
sáust á Englandi árin 1235 og 1254, og felst í því nokkur mótsögn. Staðsetning segulskautsins er ekki það eina sem ræður
því hvar norðurljósabeltið liggur. Styrkleiki segulsviðsins hefur
þar einnig áhrif. Síðasta árþúsundið hefur styrkurinn
farið minnkandi, og þegar
hann minnkar sjást norðurljós lengra frá skautinu. Um 1700 er talið
að norðurljósabeltið hafi verið komið suður
fyrir landið, en það hafi síðan færst til norðurs. Er því spáð að eftir þrjár aldir verði það
aftur komið norður fyrir Ísland. Slíkum spám verður þó að taka með
nokkurri varúð. Upplýsingar
um segulsvið jarðar á sögulegum tíma hafa meðal annars fengist með rannsóknum á
segulstefnu í brenndum leir og öðrum byggingarefnum.
![]()
Árið 1963 tók Eðlisfræðistofnun Háskólans (síðar
Raunvísindastofnun) við rekstrinum og starfrækti vélina í áratug. Árið 1965 fékk
Eðlisfræðistofnun Háskólans myndavél af svonefndri Alaska gerð að gjöf frá Cornell
háskóla í Bandaríkjunum. Var hún sett upp á
Eyvindará við Egilsstaði árið 1965 og starfrækt til 1970.
Samhliða
þessum myndatökum voru skipulagðar sjónathuganir víða um land í
samvinnu við norðurljósamiðstöð í Edinborg. Þær athuganir stóðu
frá 1964-1973, en
árangur af þeim varð takmarkaður. Árið 1964
kom franskur leiðangur til landsins og skaut eldflaugum upp
í háloftin til að rannsaka norðurljósin. Flaugunum var skotið frá Mýrdalssandi.
Tilraunin var endurtekin árið 1965.
Árið1977 hóf Pólrannsóknastofnun Japans norðurljósarannsóknir hér á landi í samvinnu við Raunvísindastofnun Háskólans. Sérhæfðar kvikmyndavélar voru settar upp á Augastöðum í Borgarfirði og á Mánárbakka á Tjörnesi og þær gangsettar á tímaskeiðum sem tengdust samtíma myndatökum á Suðurskautslandinu. Margvísleg önnur tæki voru sett upp á þessum og fleiri stöðum, og er þessi starfsemi Japana enn í fullum gangi. Í segulmælingastöð Háskólans sem komið var upp í Leirvogi árið 1957 hafa farið fram mælingar á segultruflunum og fleiri fyrirbærum sem tengjast norðurljósunum. Árið 1977 voru teknar þar norðurljósamyndir í tengslum við sérstaka rannsókn vísindamanna við dönsku veðurstofuna. Til þess var notuð myndavélin sem áður hafði verið á Eyvindará. Frá 1965 til 1983 voru starfræktir í Leirvogsstöðinni svonefndir ríómælar. Tæki þessi mæla gleypni sem rafagnir valda í háloftunum, lægra en sjálf norðurljósin, en í nokkrum tengslum við þau. Auk þess sem hér hefur verið nefnt hafa vísindamenn frá Noregi, Bretlandi og Frakklandi gert út leiðangra til Íslands til ýmiss konar mælinga sem tengjast norðurljósunum beint eða óbeint. Árið 1995 voru settar upp tvær ratsjárstöðvar til norðurljósarannsókna. Önnur er við Stokkseyri, á vegum breskra vísindamanna, en hin í Þykkvabæ, starfrækt af Frökkum. Báðar eru stöðvarnar reknar í samvinnu við Raunvísindastofnun Háskólans. Síðan farið var að mynda norðurljósin úr
gervitunglum og mönnuðum geimförum hefur fengist mun betri
heildarmynd af ljósunum en áður var mögulegt að fá með athugunum á jörðu niðri.
Gervitunglamælingar hafa líka aukið mjög við vitneskju manna um það
hvernig norðurljósin haga sér. Menn vita nú til dæmis, að
norðurljósasveigurinn, sem fyrr var nefndur, hefur ekki segulskaut
jarðar að miðju heldur liggur hann mun lengra frá skautunum
næturmegin en sólarmegin. Sveigurinn er líka tvöfalt breiðari næturmegin.
Algeng breidd hans þar er 600 km. Þau norðurljós sem myndast sólarmegin eru stöku
sinnum sjáanleg að degi til á stöðum sem liggja svo norðarlega að
sólin kemur ekki upp í mesta skammdeginu. Þessi "dagljós" eru miklu
daufari en venjuleg norðurljós (næturljós) og oftast rauðleit. Þau eru yfirleitt
í meira en 200 km hæð, töluvert hærra en venjuleg
norðurljós, sem oftast eru í rösklega 100 km hæð, þótt þau geti
reyndar teygt sig miklu hærra, allt upp í 1100 km. |