Nya rön om växelverkan mellan solen och jorden

Publicerad: 11 september 2007

Solen och jorden utför hela tiden en dynamisk växelverkan där solens stundande aktivitet och humör dikterar vad som händer för stunden. Ett av de tydligaste bevisen på effekten av solaktiviteten är norrskenet. Det uppkommer när partiklar i den elektriskt ledande gas (plasma) som kallas för solvinden träffar jordens atmosfär på en höjd över jordytan av ungefär 100 kilometer.
Om den process som öppnar jordens skyddade magnetfält för solvinden, handlar en ny doktorsavhandling från Luleå tekniska universitet med vilken Lars-Göran Westerberg disputerar den 20 september.

Att vårt samhälle också påverkas av solens aktivitet och solvinden observerades först av sjöfarare som märkte att kompassnavigeringen ibland fallerade. Att det berodde på att solvinden påverkar jordens magnetfält var det dock ingen som kunde förklara på den tiden.

Vår jord omges av ett skyddande paket av magnetfältslinjer som kallas magnetosfären. Systemet kan liknas vid en lök där jorden är i mitten och de olika lagren skal representerar olika skikt i magnetosfären. På planeter och rymdkroppar som saknar magnetfält, som till exempel månen och Venus, träffar partiklarna i solvinden ytan direkt. Det medför att förutsättningarna för liv är kraftigt reducerade. Det mesta av solvinden som träffar jordens magnetosfär leds förbi utan att komma i kontakt med jorden, vilket i sin tur har stor betydelse för den evolution som skett och sker.

Hursomhelst, även om magnetosfären utgör ett effektivt skydd mot solvinden kan plasma ändå tränga igenom den så kallade magnetopausen, det yttersta lagret av magnetosfären. Genom att följa magnetfältslinjerna tar sig de laddade partiklarna in mot jorden och atmosfären, där till exempel norrsken bildas.

Solvinden kan ta sig igenom magnetopausen på olika sätt. Den mekanism som dominerar kallas för magnetisk återkoppling. Det innebär att det magnetfält som finns lagrat i solvinden samverkar med jordens magnetfält så att de två fälten smälter samman och därigenom formar två nya fältkonfigurationer. 

Detta omvandlar magnetisk energi i solvinden till kinetisk energi, vilket medför att plasman accelereras och strömmar in i jordens magnetosfär via plasmastrålar. Magnetisk återkoppling är en central process för överföringen av magnetisk energi till kinetisk energi. Den förekommer i alla rymdapplikationer där två magnetfält stöter på varandra och majoriteten av den forskning som handlar om magnetisk återkoppling behandlar fysiken bakom varför processen sker.

- Syftet med mitt forskningsprojekt är att studera de mer globala effekterna av magnetisk återkoppling på det omgivande plasmat. När processen äger rum förändras strukturen och beteendet  radikalt hos solvindsflödet kring det område där återkoppling sker. Detta speglar av sig på dynamiken hos solvinden när den så småningom närmar sig jordens atmosfär, säger Lars-Göran Westerberg.

I doktorsavhandlingen Solvindens växelverkan med jordens magnetfält har Lars-Göran Westerberg använt nyutvecklade teorier tillsammans med datorsimuleringar och mätningar gjorda av Cluster-satelliterna. Cluster är ett projekt mellan de europeiska och amerikanska rymdorganen och består av fyra satelliter som flyger i formation runt jorden.

- Att de är fyra gör mätningarna mycket mer effktiva jämfört med en ensam satellit. Med fyra satelliter går det att samtidigt mäta på olika platser av ett område där återkoppling sker. Genom att studera hur magnetisk återkoppling påverkar den lokala omgivningen får vi en ökad förståelse för hur processen styrs av rådande solvindsbeteende och också vilka konsekvenserna blir inom ett område av flera jordradier från platsen där återkoppling startar, säger Lars-Göran Westerberg.

Förståelse för processen är också fundamentalt vital eftersom den representerar en central energiomvandlingsmekanism inom rymdfysiken och samtidigt är ett direkt resultat av sol/jord-växelverkan som påverkar miljön på jorden.

Lars-Göran Westerberg (f -76) kommer ursprungligen från Svanstein, flyttade till Luleå för att studera och tog sin civilingenjörsexamen i rymdteknik vid LTU 2002.  Lars-Göran Westerberg är före detta landslagsman i backhoppning och förbundsdomare i fotboll och ”frilansar” emellanåt som kommentator i backhoppning för Eurosport. Westerberg ingår också i den nationella forskarskolan i rymdteknik vilken koordineras av Luleå tekniska universitet.

Upplysningar: Lars-Göran Westerberg, tel. 0920-49 12 68, 070-362 93 15, lgwe@ltu.se eller universitetets pressansvariga Lena Edenbrink, tel. 0920-49 16 22, 070-679 16 22, lena.edenbrink@ltu.se