Andris Vaivads, Institutet för Rymdfysik, Uppsala
Stora energiomvandlingar i rymden
Spänningar i magnetfältet leder till kraftiga
energiomvandlingar i rymden. Uppsalas rymdfysiker
studerar dessa med hjälp av rymdfarkoster som kretsar
kring jorden.
Det finns två fascinerande saker med rymden som
omsluter vår planet, vår sol och resten av universum.
För det första är rymden nästan tom. Om man skulle väga
rymden som finns i ett gigantiskt klot runt solen som sträcker sig
ända till jordens bana, utan att räkna med planeterna själva, så
skulle dess vikt vara jämförbar med sjön Vänern. Att jämföra hur
tomt det är i vanlig luft respektive rymd, är som att jämföra
folktätheten på Stockholms pendeltåg under rusningstid med den
i skogarna runt Kuortovaara klockan
två på natten.
deras väg. På sådant vis får joner och elektroner mycket stor
energi.
Denna återkoppling är universell. Den pågår inte bara i
rymden runt jorden utan även på solen, runt andra planeter och
på andra ställen i universum. Astronomer kan studera processen
på avstånd med sina teleskop. Man kan studera den med
datorsimuleringar, med teorier, och även i laboratorier.
Svårigheten att förstå återkopplingsprocessen är dessutom en av
orsakerna till att fusionskraften ännu inte har lyckats ersätta
kärnkraften som vår elektricitetsförsörjare, vilket belyser hur
forskning i rymdfysik direkt påverkar vårt vardagsliv. Jordens
magnetosfär är unik för den tillåter oss att studera återkopplingen
i minsta detalj förutsatt att man har satelliter med vetenskapliga
instrument på plats. Sådana instrument byggs i Uppsala.
Rymdfysiker vid institutet för rymdfysik i Uppsala har
medverkat till konstruktionen och använder nu data från fyra
stora europeiska satelliter kallade Cluster. De har lyckats
upptäcka att Cluster flera gånger har varit mycket nära platser
där återkoppling sker. I vanliga fall observerar man
Det andra som är fascinerande
med rymden är att den ändå inte är
helt tom. Det finns partiklar i rymden,
varav de flesta är joner och
elektroner. Även om de inte är många
så kan de ändå ha mycket stor energi
och bete sig på intressanta och ofta
oförklarade sätt. Största delen av
rymden kring solen är fylld med en
tunn gas bestående av vätejoner och
elektroner som härstammar från
solvinden. Det är en vind som ständigt
blåser från solen med hastigheten av
några hundra kilometer per sekund.
Jordens magnetfält utgör ett hinder i
solvindens väg och skapar en stor
En konstnärs bild av rymden kring Jorden. Vita linjer visar magnetfältslinjer som är osynliga för
“bubbla” i solvinden kallad jordens
blotta ögat. Pilarna visar de platser i rymden där stora energiomvandlingar sker från
magnetosfär. Rymden i jordens
magnetfältsenergi till energi hos rymdens joner och elektroner. Jorden är i verkligheten längre bort
magnetosfär är fylld dels med solvind från solen än bilden visar.
som "läckt" in i bubblan, dels med
konsekvenserna av återkoppling på långt avstånd, oftast i form
joner och elektroner som härstammar från jordens jonosfär.
av snabba jon- och elektronstrålar. Men det är de detaljerade
Solvinden inte bara läcker in i jordens magnetosfär, utan den
kunskaperna om området där återkoppling uppstår som är av
hettas dessutom upp. Medan solvindens temperatur "bara"
högsta intresse för forskare i Uppsala. Varför sker återkoppling?
uppgår till ungefär hundra tusen grader, så kan temperaturen i
Hur går det till när magnetfältet “knyts om” och omvandlar sin
jordens magnetosfär på vissa ställen uppgå till hundra miljoner
energi till energi hos joner och elektroner? Det finns många
grader eller mer. Vilket är mycket mer än temperaturen i solens
frågor att utreda. Kunskap som man har fått från studier av
centrum! Hur dessa enorma energiomvandlingar kan vara
jordens magnetosfär kan senare appliceras i laboratoriet, på
möjliga i rymden och hur de fungerar i detalj är en av de
andra planeter, på solen och andra hörn av universum.
viktigaste frågor rymdfysiker försöker besvara.
En av de sätt på vilka joner och elektroner kan få så stor
energi är magnetisk återkoppling (eng. reconnection). Denna
process går ut på att omvandla energin som har lagrats i
magnetfält till energi hos joner och elektroner. Själva
magnetfältet kan man tänka sig som osynliga spända
gummiband som använder första bästa tillfälle för att frigöra sin
energi. Speciellt goda villkor i rymden för att detta ska ske finner
man i områden där motsatt riktade magnetfält ligger nära
varandra. Då kan magnetfältlinjer från båda områdena knytas
ihop (härifrån benämning återkoppling) och genom att bli kortare,
likt en slinga, slänger de iväg alla joner och elektroner som finns i
För mer information om rymden och dess
hemligheter besök websidan av Institutet för
Rymdfysik
http://www.irf.se/
