Vad är en observatoriverksamhet och vad gör en optisk norrskensforskare?

Kirunabon Urban Brändström är observatoriechef vid Kiruna Atmosfärs- och Geofysiska Observatorium (KAGO), den äldsta delen av IRF, och är även optisk norrskensforskare. Vad innebär en observatorieverksamhet, varför är den viktig och vad gör en optisk norrskensforskare? 

På uppdrag av regeringen förser observatorieverksamheten samhället och forskare med långa (50-100 år) obrutna tidsserier av mätdata från atmosfären och rymden närmast jorden, jonosfären. Verksamheten förser också skolor och allmänheten med information om bland annat norrskensförekomst och jordmagnetisk aktivitet.

Insamlandet av data har pågått sedan 1950-talet och en stor samling markbundna instrument finns utplacerade inom ett stort område. Både runt IRF och på andra platser i Sverige.

Urban, vad är en observatorieverksamhet?

Främst handlar det om att göra långsiktiga registreringar i atmosfären och jonosfären för att förstå eventuella förändringar som sker på lång sikt. Två forskare och två ingenjörer arbetar inom observatorieverksamheten med en stor grupp ansvariga forskare och övrig stödpersonal inom organisationen. Redan 1949 började vi med magnetiska registreringar av jordens magnetfält och numera består verksamheten av flera olika instrument:

  • Firmamentkamera (avbildar hela himlavalvet och visar i realtid om det är norrsken) 

  • Magnetometrar (mäter det jordmagnetiska fältet)

  • Millimeter-vågsradiometer (mäter spårgaser i atmosfären, exempelvis ozon)

  • Jonosonder (mäter med hjälp av radiovågor elektronkoncentrationen i jonosfären)

  • Riometrar (registrerar jonosfärens absorption av kosmiskt radiobrus)

  • Infraljudsmätstationer (registrerar ohörbart ljud, till exempel när en meteor når in i jordens atmosfär)

  • Meteorkameror (avbildar meteorer)

Urban Brändström
Norrsken i realtid från firmamentkameran på taket av IRF i Kiruna. Foto: Annelie Klint Nilsson

Vad gör en observatoriechef?

Jag ansvarar för verksamheten och ser till så att den fungerar. Det är ett uppdrag IRF har från regeringen och framför av vår instruktion. Observatoriechefen samordnar de forskare som är verksamma i insamlandet av långa mätserier.


Varför är det viktigt att ha en observatorieverksamhet?

För det första så händer det saker här och nu. Till exempel vill vi veta om det är norrsken på himlen, om det är klart väder och hur jordens magnetfält ser ut just nu men det är inte därför vi primärt har en observatorieverksamhet. Den primära nyttan är att samla in data för forskare som inte är födda ännu. Det finns väldigt långsamma förlopp i atmosfären och jonosfären och det handlar om att förstå dem.

Den längst bedrivna observatorieverksamheten i världen är Galileos observationer av solfläckar som påbörjades under 1600-talet. Sedan dess observeras antalet solfläckar vilket ger information om solens aktivitet. Är det många solfläckar är det stor solaktivitet och mycket norrsken. Ett observatorium utanför London har tidsserier på magnetiska jordobservationer från 1800-talet och i Sverige har vi den längsta tidserien från magnetometern i Abisko.


Vad har vi för nytta av långa tidsserier?

Långa tidsserier är viktigt eftersom att många faktorer varierar långsamt. Så långsamt så att det kan vara mycket längre än ett människoliv. För att förstå sig på det måste det finnas forskare som ser till att samla in data utan att få någon nytta av det själv. Exempelvis har mycket studier gjorts på solfläckscykeln vilket har lett fram till den kunskap forskarna idag har om rymdväder.

På en lång tidsserie kan vi se de långsamma förändringar av någonting som vi inte skulle ha sett annars. Klimatförändringen är ett typexempel på en långsam förändring och det är också ett av skälen till att vi inom observatorieverksamheten mäter spårgaser i atmosfären.

Huvudmålet vi har är att titta på den nära rymdens fysik alltså jonosfären och vi kan exempelvis påverkas väldigt negativt av rymdväder. Det är inte bara vackra norrsken utan det kan bli strömavbrott och störningar i kommunikationer.

Rymdväder bedrivs vid IRF:s rymdvädercentrum i Lund och forskarna är beroende av mätningar av till exempel jordens magnetfält. Med andra ord vad som händer här och nu. Helst vill forskarna förutsäga framtiden.

Det är tre viktiga aspekter med verksamheten:

  • Att säkra väldigt långa mätserier, helst tidsserier på hundratals år.
  • Att veta vad som händer just nu.
  • Att kunna göra förutsägelser, vilket är huvudsyftet inom rymdväder. Detta för att kunna vidta skyddsåtgärder om det händer något som slår ut exempelvis elsystemet.

Vad innebär det att vara optisk norrskensforskare och hur går det till?

IRF har ett mätsystem som heter ALIS_4D, kameror på mätstationer utplacerade med ungefär fem mils avstånd i norra Sverige. Det finns inget annat system i världen som ALIS_4D. Just 4D står för tid, som är den fjärde dimensionen. Namnet ALIS_4D syftar på dels högre tidsupplösning än föregångaren ALIS (Aurora Large Image System) som kunde rekonstruera norrsken i tre dimensioner och alltså kunde ha hetat ALIS_3D.

Med det tidigare systemet gjorde vi en rad experiment genom att använda en kraftfull radiosändare för att orsaka egna ljus på himlen. Det möjliggjorde laboratorieexperiment i rymdplasmat men med mycket mindre tidsupplösning. Tänk dig att du har en stillbildskamera och ska dokumentera en hundrameterlöpare så är det solklart att resultatet blir bättre med en filmkamera.

Tittar man på alla olika färger i norrskenet så kan man se att det är ungefär som ett fingeravtryck som säger vad som händer där uppe just nu.

Om jag tittar på kvoter på mellan olika våglängder i ljuset från norrskenet får jag reda på mycket mer om fysiken och genom att göra tomografi, vilket innebär att räkna ut hur det ser ut i flera dimensioner får jag än mer information.

Jag vill förstå hur de fysikaliska processerna som orsakar norrsken går till, vilka partiklar som är inblandade, vilken energi de har, hur de accelereras in längs magnetfältet och kolliderar med olika atomer och molekyler. Väldigt mycket av det här vet vi väldigt lite om.

När en kort förklaring ges av norrsken hoppar man ofta av tidsbrist över väldigt mycket som är frågetecken. Det är oerhört komplicerat och intressant för vår allmänna förståelse av fysiken men också för att kunna förutsäga rymdväderhändelser.

En hel del tid går åt till att arbeta vid datorn men eftersom vi har mätstationer ute i skogen som ska leverera data kräver det ibland att jag måste ut och åka skidor och pulsa i snö. Mycket tid går åt till att få tekniken fungerar som den ska.

Mycket handlar om kalibrering och instrumentkunskap. I andra ändan är det mycket dataanalys inom en grupp med forskare som jobbar tillsammans. Själv jobbar jag mycket på instrumentsidan för att få fram mätningarna.

Urban Brändström
Urban Brändström på taket vid IRF i Kiruna där glaskupolerna med firmamentkameran finns. Kiruna. Foto: Annelie Klint Nilsson

Finns det något du vill lyfta fram särskilt ur verksamheten för 2021?

Vi bytte nyligen ut firmamentkameran som finns på taket på IRF i Kiruna. Den nya kameran tar mycket finare bilder och dessa bilder och filmer finns tillgängliga på IRF:s webb. ALIS_4D som är under intrimning för kontinuerliga mätningar används för mätningar men det mest spännande kommer att hända 2022 då systemet ska delta i ett raketexperiment från Esrange. Ett antal ämnen kommer att släppas ut på en viss höjd för studier av vad som händer och vilka ljusemissioner som går att få. Genom experimentet går det att göra lite mer aktiva studier i det rymdplasma som norrskenet uppstår.

ALIS_4D kommer att avbilda de lysande molnen som bildas när raketen skjutits upp och det kan bli väldigt spektakulärt och synas. Uppskjutning som tidigast hösten 2022.


Mer information:
Om observatorieverksamheten

Norrsken ute?

 

Created by Annelie Klint Nilsson at 2021-02-17
Last modified by Annelie Klint Nilsson at 2021-02-17