Når solstormene herjer, får vi det vakre nordlyset. Men skjønnheten på himmelen har en uheldig bieffekt. Dessverre kan solstormer ødelegge satellitter, slå ut kommunikasjon og ramme strømnettet. Det kan føre til store økonomiske tap og en potensiell katastrofe for oss alle.
Forskere ved Universitetet i Oslo vil forstå og varsle disse kosmiske uværene. Akkurat som meteorologene kan forutsi stormer på fjellet med god treffsikkerhet mange dager i forveien, er fysikere nå i gang med å finne ut av hvordan romværvarslingen kan bli best mulig.
Partiklene fra soleksplosjoner treffer ionosfæren, som er den øvre delen av atmosfæren vår. Romværforskere har derfor de siste tjue årene sendt opp en rekke raketter for å måle hva som skjer der oppe.
De har også samlet inn store mengder data fra både bakkeinstallasjoner og satellitter. Dataene skal brukes til å lage presise romværvarsler, slik at vi jordboere kan sikre oss hvis jorden blir rammet av voldsomme etterlatenskaper fra en soleksplosjon.
– På disse tjue årene har det skjedd utrolig mye, påpeker Wojciech Miloch, professor i romfysikk på Fysisk institutt ved UiO. Han er en av verdens ledende forskere innenfor feltet og samarbeider tett med både den europeiske romfartsorganisasjonen ESA og den amerikanske søsterorganisasjonen NASA. Når du leser denne reportasjen, er han i Antarktis for andre gang på noen måneder for å forske på hvordan solstormer påvirker den øvre atmosfæren på den sørlige delen av jordkloden vår.
Duppeditter fra UiO
For omtrent femten år siden konstruerte UiO-studentene Knut Stanley Jacobsen og Tore André Bekkeng små nålelignende prober som ble sendt opp med raketter for å måle elektrontettheten og dens variasjoner i ionosfæren.
Probene ble snekret sammen på laboratoriet på Fysisk institutt. De er blitt en kommersiell suksess, sertifisert for bruk i rommet og er nå fast inventar i en rekke satellitter og internasjonale romstasjoner.
Spørsmålet du kanskje lurer på, er hvorfor fysikerne trenger å skyte opp raketter når de kan måle elektrontettheten fra satellitter som går i konstant bane rundt jorden?
Svaret er mangefasettert.
For det første: Det gjelder å treffe de rette områdene i ionosfæren når aktiviteten er på det høyeste. Det er ikke mulig å styre satellitter til ønsket sted på kort tid. De har sine faste baner. Rakettene kan derimot sendes rett inn i nordlyset, altså i det området fysikerne ønsker å studere.
For det andre: Selv om raketter har en svimlende hastighet, er de likevel langsomme i forhold til satellitter. Satellitter beveger seg utrolig nok ti ganger raskere enn raketter. Forskerne får derfor langt bedre oppløsning på observasjonene ved å bruke raketter.
For det tredje: De viktigste områdene i ionosfæren kan ikke nås med satellitter. Energioverføringen mellom solen og jorden skjer mellom 100 og 200 kilometers høyde. Satellitter svever mye høyere.
Ukjent fysikk
Det er fortsatt noen grunnleggende ting i fysikken som forskerne ikke har klart å løse. De vet ikke nok om hva som skjer med oppvarmingen og friksjonen i ionosfæren i de polare områdene når plasmaet fra solen dundrer på.
Energien fra verdensrommet vil, grunnet jordens magnetisme, trenge seg lengst ned i polare strøk. Energien vil så spre seg videre til lavere breddegrader.
– Det er ganske mye energi som er bundet i de små skalaene og som vi ikke har klart å måle tidligere. Så det kan hende at modellene våre underestimerer mengde energi fra solen, forteller Wojciech Miloch.
Uten denne kunnskapen er det vanskelig å beskrive presist hva som skjer, i en matematisk modell.
Turbulensproblem
En av de aller største utfordringene for fysikerne er å skjønne turbulens.
– Når plasmaet får tilført mye energi fra solen, dannes turbulens.
Turbulens i gass og i plasma oppfører seg forskjellig. I plasmaet påvirker både trykket og de elektromagnetiske kreftene turbulensen.
– Den dagen vi forstår turbulens, kan vi lage bedre romværvarsler. Men vi kan også bruke romvær til å studere turbulens.
Sånn sett er romværforskningen gefundenes fressen for turbulens-jegerne.
Stor usikkerhet
Sven Wedemeyer, professor på Institutt for teoretisk astrofysikk, legger til:
– Vi vil forstå hvordan solen fungerer og hva vi trenger for å kunne varsle romvær. I dag vet vi ikke nok om hva som skal være input i romværvarslingsmodellene. Her er usikkerheten stor, beklager Sven Wedemeyer.
Det som skjer i solen, er komplisert. Solen roterer og drar med seg magnetfeltet. Magnetfeltet vil da se ut som en spiral. De lavenergiske partiklene fra solen følger magnetfeltet. De høyenergiske partiklene har så høy energi at de går rett frem.
– Vi må observere solen kontinuerlig og bruke disse observasjonene som data i romværvarslingsmodellene. Det gjelder å samle inn så mye kompletterende informasjon som mulig. Vi kombinerer observasjoner fra forskjellige romteleskoper og bakketeleskoper samtidig. Noen instrumenter er bra for én type observasjon. Andre instrumenter er bra for andre typer observasjoner. Vi ønsker å finne indikasjoner som kan si noe om hva som kommer til å skje. Hvis vi fanger opp at noe skjer en time før en soleksplosjon, vil det være nyttig, sier Sven Wedemeyer.
Utfordringen deres er at varslingsmodellen må være så rask å kjøre på datamaskinen at modellen rekker å komme med advarslene i tide. Drømmen er at det skal være mulig å varsle soleksplosjoner allerede noen dager før de skjer.
Romværvarsling
Forskere på Fysisk institutt har nå, i samarbeid med den europeiske romfartsorganisasjonen ESA, laget en foreløpig modell av hva som skjer i ionosfæren.
De har også laget romværvarsler for ESA. De ble lansert på ESAs nettsider noen måneder før julen 2025.
– Hvor god er romværvarslingen i dag?
– Det er avhengig av hva du er interessert i. Vi er interessert i sannsynligheten for og hvor det oppstår problemer for drift og operasjoner. Vi har utviklet det for Arktis, men vi ønsker å zoome inn og få bedre oppløsning. Da trenger vi mer data og bedre modeller. Selv om det ikke er et så stort utbrudd på solen, kan det føre til alvorlige konsekvenser på jorden. Men dette er avhengig av hva som skjer i koblingen mellom magnetfeltene til solen og jorden, sier Wojciech Miloch.
Mye er usikkert
Hvis varslingen først skjer når man oppdager soleksplosjonen, er det for sent å reagere på selve røntgenangrepet. Akkurat som det synlige lyset, bruker røntgenstrålene bare åtte minutter på å nå jorden. De kan skade satellitter.
– For at elektronikken ikke da skal skades, må satellitten skrus av før dette skjer. Hovedidéen vår er å skjønne hva som hender før soleksplosjonen skjer. Etter alt fra ti minutter til to, tre timer skjer det et angrep med høyenergiske partikler. Men det verste skjer når plasmaskyen treffer jorden. Det kan skje etter én til tre dager. Plasmaskyen kan påvirke jordens magnetosfære og lage geomagnetiske stormer på jorden, forteller Sven Wedemeyer.
Det er ganske tomt mellom solen og jorden, men helt tomt er det ikke. Solvinden er der hele tiden. Hvis det kommer en plasmasky mot jorden og enda en plasmasky som går raskere enn den første, kan den skape kaos. Den første plasmaskyen må rydde vei gjennom solvinden. Den andre plasmaskyen går kanskje raskere fordi den har ledig bane. Da gjelder det å beregne hva som skjer når de to plasmaskyene kolliderer.
– Hvis vi ikke skjønner dette, kan vi ikke beregne hvordan plasmaet treffer jorden, sier Sven Wedemeyer.
UiO skyter opp rakett
Forskerne har nå tilgang til enorme mengder med data.
– Vi er en av verdens beste på å samle inn så mye data som mulig fra både raketter, satellitter og bakkeinstrumenter, som vi bruker for å forstå fysikken bak det som foregår, poengterer Wojciech Miloch.
Men de trenger mer data. Jo mer data, desto større er muligheten til å lage gode romværvarsler. Så de samler inn alt som er mulig å få inn.
I mars 2026 skal UiO skyte opp enda en forskningsrakett. Den skal måle turbulensen i tre dimensjoner. De har riktignok prøvd dette tidligere, men da fikk de tekniske problemer.
Raketten skal opp i 250 kilometers høyde. Målingene starter fra 90 kilometers høyde. Da slås motoren av og raketten sender ut 12 «døtre» med egne måleinstrumenter. «Døtrene» vil bevege seg lenger og lenger vekk fra raketten. Alle instrumentene skal måle elektrontettheten. Døtrene kommuniserer med hovedraketten, som igjen skal sende data til jorden.
Raketten blir skutt opp fra Andøya Space, noen kilometer sørøst fra Andenes, når solaktiviteten er høy, nordlyset herjer på himmelen og vinden ikke er for kraftig.
– Vi har stor tro på at vi får dette til, men det er alltid litt pokerspill, forteller Wojciech Miloch.
Mysterium over Antarktis
Romværforskerne tyr også til en rekke bakkeinstrumenter, både på Svalbard, i Nord-Norge og i Antarktis for å studere ionosfæren. Man skulle kanskje tro at forstyrrelsene i ionosfæren over Antarktisk er lik den over Arktis. Men så enkelt er det ikke.
– Under en solstorm får man riktignok sørlys og nordlys nesten samtidig, men det er forskjeller. Den magnetiske polen er mer forskjøvet i sør enn i nord. Det fører til at det magnetiske feltet rundt jorden ikke er symmetrisk. Vi ser derfor at det er mye mer turbulens i ionosfæren i sør enn i nord. Dette er forklaringen på at vi også er interessert i å forske på sørlys, forteller Wojciech Miloch.
Sven Wedemeyer legger til:
– Vi må vite om faren for ødeleggende solstormer er seriøs eller ei. Varslingen må være robust. Statnett kan ikke slå av strømmen hvis vi bare tror at noe skal skje. Vi må regne på hvordan plasmaskyen beveger seg, men vi er ikke der ennå. Vi mangler fortsatt data.
