Denne PDF-filen er lastet ned fra Illustrert Vitenskaps nettsted ( og kan ikke gis videre til en tredjepart.

Transkript

1 Kjære bruker Denne PDF-filen er lastet ned fra Illustrert Vitenskaps nettsted ( og kan ikke gis videre til en tredjepart. På grunn av regler om rettigheter inneholder den ingen bilder. Mvh. Redaksjonen

2 InNbliKk Nye satellittbilder skal gi oss Værutsikt fra Solen Nye bilder fra Solen vil sette oss i stand til å lage sikrere prognoser for romværet, slik at vi igjen kan sende mennesket langt ut i rommet, til Månen og kanskje helt til Mars. Før det kan ingen astronaut føle seg trygg. De kan risikere å bli truffet av den dødelige strålingen fra et av de mystiske utbruddene på Solen. 34 Av Lone Djernis Olsen. Foto: NASA. Illustrasjoner: Henning Dalhoff

3 Koronamasseutbrudd, CME, fra solatmosfæren sett fra satellitten SOHO. Solen Koronamasseutbrudd (CME) Magnetisk løkke Solstormene er dødelige Solen sender konstant ut en solvind av ladede partikler i rommet. Vanligvis er vi godt vernet av Jordens magnetfelt, men av og til mangedobler et solutbrudd eller et koronamasseutbrudd (CME) den farlige strålingen. Slike voldsomme solstormer kan ta livet av astronauter som er ute på romvandring, samt ødelegge elektriske anlegg i satellitter og til og med på Jorden. Jorden Frontsjokk Magnetfelt

4 Bak STEREO-sondene ser vi et av de første 3D- bildene av Solen. Bildet kan her bare ses i 3D ved bruk av 3D-briller. STEREO ser Solen i 3D STEREO er ikke en, men to sonder. Begge sirkler rundt Solen i samme bane som Jorden. Den ene litt foran Jorden, den andre litt bak. Begge sondene er utstyrt med et kamera som tar bilder av Solen i forskjellige bølgelengder, blant annet i det ekstremt ultrafiolette området, for å fange opp flere av Solens lag. Avstanden gir 3D Avstanden mellom de to sondene gjør det mulig å lage 3D-bilder på samme måte som avstanden mellom våre to øyne lar oss oppfatte verden i 3D. Jorden Solen 1 million C 1,5 millioner C 2, 5 millioner C E n sydende og boblende kule av mange tusen grader varm plasma utgjorde synet som møtte forventningsfulle forskere da sonden STEREO sendte de første 3D-bildene av Solen tilbake til Jorden i begynnelsen av For første gang så man de forskjellige lagene i soloverflaten i stedet for som til nå et flatt todimensjonalt bilde. STEREOs bilder av gigantiske solutbrudd som sender enorme mengder plasma og stråling ut i verdensrommet, har f lere ganger gjort forskerne målløse foran dataskjermene. Men de overførte bildene er ikke bare spektakulære, de er også usedvanlig nyttige fordi de gir forskerne muligheten til å utarbeide enda bedre prognoser for det såkalte romværet som nettopp bestemmes av variasjonene i strålingen og mengden partikler som Solen til enhver tid sender ut. Romværet kan blant annet sette satellitter ut av spill og forårsake strømbrudd. Og i takt med at vårt samfunn i økende grad blir teknologiavhengig, vil romværet få en stigende betydning for vår hverdag her på Jorden. For ikke å snakke om hvilken umåtelig betydning romværet har for dem som lever og arbeider i rommet, nemlig astronautene. Et kraftig solutbrudd under en romvandring utenfor romstasjonens beskyttende skjerming kan bety døden for en astronaut. Derfor er det uhyre viktig at vi bedrer vår evne til å forutsi været i rommet hvis vi ønsker å bevege oss lenger ut i universet, for eksempel til Mars eller tilbake til Månen. Men de nye 3D-bildene tjener til mer enn å gi astronautene lengre tid til å søke dekning. Også forskere som er opptatt av så ulike emner som fusjonsreaktorer, solsystemets dannelse og utbredelsen av svarte hull, ser på Solen for å finne svaret på noen av de største gåtene innen eget fagfelt, og alle har de store forventninger til de nye bildene fra Solen. Tre sonder følger Solens aktivitet NASA-sonden STEREO kan se på Solen med forskjellige bølgelengder. Ved å observere i det ekstreme ultrafiolette området ser STEREO magnetiske strømninger i Solens ytre lag i 3D og kan følge utviklingen i magnetisk aktive områder over lengre tid. Men STEREO-ferden er ikke den eneste som for tiden konsentrerer interessen om Solen. I ti år har den felles europeisk-amerikanske SOHO-sonden kretset rundt Solen og levert uvurderlige mengder banebrytende opplysninger om vår stjerne. SOHO har blant annet medvirket til at det nå er mulig å gi opptil tre dagers varsel før et solutbrudd finner sted. Sonden var opprinnelig beregnet på å skulle virke i tre år, men nå feirer den altså tiårsjubileum i banen rundt Solen. Det betyr at SOHO har fulgt Solen under nesten en hel 11-årig solf lekksyklus, Solens atomsfære 4. des slik STEREO så den. De falske fargene gjengir ulike atmosfæriske lag. 36

5 SOHO har fulgt Solen lengst SOHO har observert CME mange ganger i løpet av sine ti år i rommet. Om bord i sonden er det et eget kamera som stenger for sollyset slik at det mye svakere lyset fra koronaen og koronamasseutbruddet blir synlig i stedet. Da SOHO ble sendt av sted i 1996, var solaktiviteten lav, og det forekom under én CME per dag. Men i da solaktiviteten var på sitt høyeste, var det i snitt flere enn fem koronamasseutbrudd per dag, og de utsendte partiklenes snitthastighet kom opp i nesten to millioner km/t, hvilket er dobbelt så mye som i perioden med lav aktivitet. 15. mai mars 2000 Fire skyer av tykk plasma fra Solens ytterste kromosfære. Hvite områder er Xxoxo varmest. oxo oxo 2. februar januar 2000 fra 1996 med få mørke solf lekker til 2000 da solflekkaktiviteten var på topp, og en av sondens store prestasjoner er en rekke virkelig utrolige bilder av solflekker både på og under Solens overf late. Det nyeste medlemmet av solobservatørfamilien er den internasjonale sonden Hinode, som er japansk og betyr soloppgang. Hinode har spesielt tatt for seg Solens ytterste lag, koronaen, som er vrien å observere fordi den lyser mye svakere enn den bakenforliggende fotosfæren. Sonden har bare kretset rundt Solen i et år, men har alt flere ganger levert utrolige bilder av Solens korona, som har fått forskerne til å sperre øynene opp blant annet små videosekvenser av solutbrudd som har vært på størrelse med Jorden. Felles for de tre romsondene er at de skal skaffe oss mer kunnskap om romværet og dermed sette oss i stand til å forutsi det bedre enn vi kan i dag. Noen av forskerne bak sondene sammenligner derfor sin forskning med det meteorologene drev med i og 1960-årene da man litt etter litt ble i stand til å utarbeide forholdsvis pålitelige værmeldinger. Selv om vi i dag kan forutsi solutbrudd forholdsvis presist, kan vi ennå ikke si noe om solutbruddenes kraft eller hastigheten som solstormen, som følger etter et utbrudd, vil bevege seg med. Romværet styres av Solens luner Det er særlig to fenomener på Solen som bestemmer romværet, nemlig solutbruddene og de såkalte koronamasseutbruddene eller CME. De fysiske mekanismene bak solutbruddene er ennå ikke helt klarlagt, men man vet at solutbruddene oppstår ved en slags sammenfiltringer av Solens magnetfelt, som ofte forekommer i nærheten av solflekkene. Magnetfeltlinjene oppfører seg nesten som strikk: De kan dras og tvinnes inntil en viss grense før de plutselig ryker og på en gang frigir all energien som var lagret i de tvunnede magnetfeltlinjene. Når en av sammenfiltringene av Solens magnetfelt ryker, blir all energien i sammenfiltringen frigitt på en gang, og i løpet av få minutter stiger temperaturen lokalt til f lere millioner grader, og det sendes ut kraftig stråling over hele det elektromagnetiske spekteret fra radiobølger til røntgen- og gammastråler. Under 37

6 Antall utbrudd Grafen viser den 11-årige solsyklusen fra 1996 til Solens korona, her sett fra SOHO, er som et blikkstille hav i slutten av Større solflekkaktivitet ses midtveis i Solflekkmaksimum nærmer seg. Et inferno av solflekker, solutbrudd og CME-er viser seg sent på året i Solens overflate eksploderer hvert 11. år Solutbruddene pleier å oppstå i nærheten av solflekkene og eksploderer med en styrke som kan tilsvare hundre millioner hydrogenbomber, noe som gjør dem til de kraftigste eksplosjonene som finnes i vårt solsystem. Antall solutbrudd varierer i takt med antall solflekker den såkalte 38 solaktiviteten over en syklus på 11 år. Solflekksyklusen henger høyst sannsynlig sammen med ombyttingen av Solens magnetiske poler som skjer hvert 11. år når solaktiviteten har nådd sitt maksimum. Nøyaktig hvordan de to fenomenene har sammenheng med hverandre, er ennå en av Solens dype hemmeligheter. Når det er som flest solflekker, kan det forekomme opptil flere solutbrudd per dag, og når det er færrest solflekker, kan det forekomme et utbrudd per uke. De fleste solutbruddene er forholdsvis små. De store forekommer sjeldnere, men er til gjengjeld dødelige.

7 et koronamasseutbrudd kaster Solen flere milliarder tonn ladede partikler fra koronaen og ut i rommet på bare et par timer. I forveien går det ut en jevn strøm av ladede solpartikler som kalles solvinden, men partikkeltettheten i en CME er langt større, og partiklene går mye raskere enn solvinden. Solutbruddene er fremdeles en gåte Koronamasseutbruddene er en nokså ny oppdagelse. De første ble observert midt i 1970-årene fra den første amerikanske romstasjonen SkyLab. Man vet at de kan forekomme både i forbindelse med solflekkene som pleier å oppstå ved Solens ekvator, men også alene nær polene. Nøyaktig hvordan og hvorfor en CME oppstår, vet man ennå ikke. Solutbruddene har man kjent til siden midten av 1800-tallet, men det finnes ennå forbausende mange uavklarte spørsmål rundt dem: Hva utløser et solutbrudd, og hvordan kan de frigi så mye energi på så kort tid? Spørsmålene har hjemsøkt astronomene helt siden den britiske vitenskapsmannen og politikeren lord Carrington ble den første til å observere et solutbrudd i 1859 mens han talte solflekker. Plutselig så Carrington to meget kraftige lysende områder like ved en stor gruppe solflekker. Han dro f luksens av sted for å finne et vitne, men da han vendte tilbake, var utbruddet over. Selv om Carrington beskriver utbruddet som meget voldsomt, var det han så faktisk bare toppen av isfjellet. Den absolutt største delen av strålingen fra et solutbrudd består av energirike røntgen- og gammastråler, som det menneskelige øye ikke kan se. Synlig lys, som er mye mindre energirikt, utgjør bare en liten del. Derfor har solutbruddene bevart hemmelighetene så lenge. De enorme eksplosjonene foregår for det meste i bølgelengder vi ikke kan se. Vi kan heller ikke bygge teleskoper eller måleinstrumenter på jordoverf laten for å fange dem opp, for jordatmosfæren tillater ikke røntgen- og gammastråler å passere. Vår eneste mulighet til å skaffe oss mer viten om Solens aktiviteter er derfor å observere solutbruddene fra sondene ute i universet. Hinodes bilder overrasker Til nå har man stort sett ment at Solens ytterste lag, koronaen, var et forholdsvis fredelig sted, men bildene fra sonden Hinode viser noe som ligner opprørt hav som av og til spyr ut gigantiske stråler av gass. Koronaen er vanskelig å observere fordi den lyser langt svakere enn den underliggende fotosfæren. Hinode skal undersøke sammenhengen mellom Solens magnetfelter og koronaen. Fysikere vil kopiere Solen på Jorden CME og solutbrudd er ikke bare interessante på grunn av påvirkningen av romværet. De kraftige eksplosjonene på soloverflaten akselererer nemlig partiklene til hastigheter som langt overstiger dem vi klarer å oppnå i partikkelakseleratorer på Jorden. Opptil halvparten av partiklene i et solutbrudd beveger seg med en fart som nærmer seg lyshastigheten. Partikkelfysikerne vil svært gjerne bygge en akselerator som er i stand til noe lignende. Derfor følger de oppmerksomt solutbruddene i håp om å avlure Solen noen av triksene og kopiere dem på

8 1 Solens kjerne 2 Konvektiv sone 3 Fotosfæren All stråling oppstår i Solens kjerne 1 I solkjernen foregår det fusjonsreaksjoner. Den elektromagnetiske energien i kjernen i form av fotoner bruker cirka 1 million år på å forsere strålingssonen. 4 Koronaen 2 Energi overføres i konveksjonsceller i konvektiv sone. 3 Fotosfæren er Solens synlige overflate. Det ujevne utseendet får den fra toppen av hver konveksjonscelle, som fører varm plasma opp fra Solens indre. Jorden. Partikkelfysikerne er ikke den eneste gruppen som jevnlig oppdaterer seg med ny viten om de gåtefulle solutbruddene og hvordan de akselererer partikler til så høye hastigheter. Også mange astronomer som beskjeftiger seg med eksotiske ting som svarte hull og nøytronstjerner, venter spent på opplysninger fra alle sondene som undersøker aktivitetene i Solens ytre lag. Mekanismen som gir partiklene fart i et solutbrudd, kan nemlig være den samme som skyter partikkelstråler ut fra de magnetiserte støvskivene som kretser rundt svarte hull og nøytronstjerner. Fordi Solen er så mye nærmere, fungerer den som et slags naturlig laboratorium der astronomene på nært hold kan lære mer om fenomener som ellers bare foregår mange lysår borte. Romværet truer vår teknologi Både CME og solutbrudd gir regelmessige forstyrrelser på jorden. Store solutbrudd fører til røntgenstråling, dette øker ioniseringen i Jordens ytre atmosfære, noe som forstyrrer alle typer radiosamband. Koronamasseutbruddene gir geomagnetiske stormer i jordatmosfæren, dette skaper vakkert nordlys, men forårsaker også strømsvikt og skader på de små elekt- 4 Solatmosfærens ytterste lag er koronaen. Der går atmosfæren over i solvinden, en strøm av ladede partikler som forlater Solen og styrer romværet. Solen slår knute på seg selv Magnetfeltene strekkes og vikles inn i hverandre fordi de forskjellige delene av den konvektive sonen roterer raskere ved ekvator enn ved Solens poler. Feltenes knuter bryter gjennom fotosfæren og kan ses som solflekker og magnetiske løkker på Solens overflate. Solens nordpol Magnetiske feltlinjer Magnetfeltlinjene blir strukket av rotasjonen Linjene tar seg selv igjen og danner løkker Solens sydpol Solens største gåte nærmer seg en løsning Solen skjuler mange hemmeligheter, både i de ytre lagene der CME og solutbruddene opptrer, og i kjernen der hele Solens energi blir til som følge av en sammensmeltning av hydrogen og helium. Et av SOHOs instrumenter er i løpet av de ti årene sonden har observert Solen, kommet noe nærmere løsningen av en av solkjernens gåter. Det dreier seg om ørsmå bølger på Solens overflate, som kan fortelle noe om hvor raskt kjernen roterer. Ved å holde øye med disse småbølgene er forskerne bak SOHO kommet frem til at Solens kjerne roterer raskere enn resten av Solen. Den 40 raskere rotasjonen kan ha oppstått så tidlig som da solsystemet ble til, og derfor er den viktig for å kunne forstå hva som førte til at alle planetene ble dannet, og følgelig også til at menneskenes liv kunne oppstå. Ved å granske data fra SOHO har man også fått en tanke om at CME kan være nær knyttet til ombyttingen av Solens magnetiske nord- og sydpol, som finner sted hvert 11. år etter at solaktiviteten har nådd sitt høydepunkt. Hver gang en CME sender ladede partikler ut i rommet, fører nemlig disse en liten del av Solens magnetfelt med seg. Etter 11 år med over tusen masseutbrudd av små biter av det gamle magnetfeltet er Solen klar til å få et nytt magnetfelt med omvendt polaritet. Ennå er det bare en teori, og det må forskes enda en god del mer før den eventuelt kan bekreftes. Men om så skjer, vil et av naturvitenskapens store mysterier være et skritt nærmere en løsning. Mekanismen bak Solens magnetiske syklus var nemlig inkludert i listen over de 125 store, uoppklarte naturvitenskapelige spørsmålene som vitenskapstidsskriftet Science kunngjorde i 2005 i forbindelse med feiringen av sitt 125-årsjubileum.

9 riske kretsene i satellittenes elektroniske utstyr. De varmer til og med opp forskjellige deler av Jordens ytre atmosfære slik at den utvider seg. Dette er noe som kan gi katastrofale følger for satellittene, for hvis luftmotstanden i banehøyden plutselig er større enn beregnet, vil de miste fart, tape høyde og til slutt brenne opp i atmosfæren. Men ikke bare teknologien lider under dårlig romvær. De svært energirike partiklene som følger etter CME og solutbrudd, kan også forårsake skader på mennesker, spesielt astronauter og passasjerer i høytgående rutefly, som ikke er optimalt beskyttet av atmosfæren og Jordens magnetfelt. Derfor blir rutefly som vanligvis følger en korridor over Jordens poler, dirigert om til lavere breddegradder når solstormene raser. I takt med at vårt samfunn blir stadig mer avhengig av satellitter og annet elektronisk utstyr, blir vi selv også stadig mer sårbare overfor Solens luner og særegenheter. Romskip må ha eget magnetfelt Småproblemene som romværet utløser her på Jorden, er for ingenting å regne mot den totale makten været har utenfor Jordens vernende atmosfære og magnetfelt. I fremtiden trenger vi mer enn bare flaks hvis vi vil beskytte astronautene mot stråling på lange fremtidige ferder i solsystemet. Både den internasjonale romstasjonen og romfergene er i dag skjermet av tykke metallskjold, men det trengs store og dyre raketter og store mengder drivstoff for å sende de tunge verneskjoldene opp i rommet og frakte dem helt til Månen eller til Mars. For å løse problemet har en gruppe britiske forskere latt seg inspirere av naturen og kanskje litt av Star Trek. Deres idé går ut på å kapsle inn fremtidens romskip i et magnetfelt som det vi har på Jorden. Det vil bøye unna de farlige solvindpartiklene. Det vil ikke veie så mye som dagens verneskjold, og vil derfor være langt rimeligere å skyte ut i rommet. Men det er ikke så helt enkelt å skape og kontrollere sitt eget transportable magnetfelt. Derfor har de britiske forskerne slått seg sammen med kolleger som jobber med fusjonsreaktorer og er eksperter på å styre magnetfelter. Sammen håper de å pønske ut noe som kan beskytte fremtidens astronauter som begir seg på vei utover i solsystemet. Finn mer om emnet på Et hell at ingen døde på måneferdene Da månelandingene fant sted i og 1970-årene, kjente man ikke til den faren som CME og solutbrudd utgjorde for de i alt 12 astronautene som intetanende hoppet rundt på Månen den gangen. Derfor var det bare ren flaks at besetningen på Apollo 16 nettopp var reist hjem til Jorden, og at Apollo 17, den sjette og siste bemannede måneferden i Apollo-prosjektet, ennå ikke var skutt opp da det største solutbruddet man har observert til nå, fant sted i august I dag er astronautene temmelig sikre om bord på den internasjonale romstasjonen, som befinner seg innenfor Jordens trygge magnetfelt. Men man holder likevel øye med Solen før astronautene sendes ut av romstasjonen for å utføre oppgaver, slik at de ikke risikerer å bli utsatt for farlig stråling i for store mengder. Strålingssyke etter bare små stråledoser fører til oppkast og utmattelse og tap av evnen til å arbeide. Er strålingen liten, kan kroppen klare å hente seg inn igjen. Men blir man utsatt for en solstorm etter et solutbrudd eller CME, vil så mange av kroppens celler dø på en gang at organismen ikke klarer å gjenskape dem, og man vil avgå ved døden i løpet av et par måneder. Astronautens romdrakt beskytter ikke mot den farlige solstrålingen.