Analys av global och regional norrskensdynamik med hjälp av satelliten SMILE och markbaserade observationer

Norrsken är ett av de mest fascinerande naturfenomen som kan upplevas i Sverige och andra delar av världen nära polarområdena. Men bakom de vackra färgerna och dansande ljusmönstren ligger komplicerade processer i rymden, där solens aktivitet påverkar jordens magnetfält och atmosfär.

Genom detta forskningsprojekt vill vi bättre förstå hur norrsken uppstår och förändras över tid och rum, särskilt under perioder med intensiv solaktivitet som kan påverka teknik i rymden och på jorden.

När partiklar från solen, främst elektroner, når jorden via solvinden styrs de av jordens magnetfält och leds ner mot polarområdena. Där kolliderar de med atomer och molekyler i jordens övre atmosfär (jonosfären). När detta sker uppstår ljus, vilket vi ser som norrsken.

Men norrsken är inte ett enhetligt fenomen. Det finns många olika typer, till exempel aktiva (bågar, strålar) och diffusa norrskensformer (fläckvisa, fladdrande och pulserande), som bildas av olika fysikaliska processer i rymden. En del norrsken rör sig långsamt, medan andra uppstår plötsligt och förändras snabbt inom loppet av bara några sekunder.

I detta projekt kommer vi att använda en ny satellit, SMILE (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), som planeras att skjutas upp i slutet av 2025. SMILE kommer att kunna ta bilder av hela norrskensovalen runt jordens nordpol varje minut i ultraviolett ljus, vilket ger oss ett nytt globalt perspektiv på hur norrsken utvecklas under flera timmar i sträck.

Detta gör det möjligt att följa stora händelser som till exempel norrskensutbrott, chockvågor i solvinden och vågliknande mönster som kallas omega-band.

För att förstå detaljerna behöver vi också kunna se norrskenet i hög upplösning från marken. Därför kombinerar vi SMILE:s data med markbaserade kameror som vi har installerat i norra Sverige och Norge. Dessa kameror kan ta bilder flera gånger per sekund och visa småskaliga strukturer i norrskenet som inte kan ses från rymden.

Ett exempel är det så kallade STEVE-fenomenet, ett smalt lila ljusband som har observerats av amatörfotografer men ännu inte är fullständigt förstått.

För att analysera de stora mängderna data från kamerorna har vi utvecklat ett AI-system som kallas ”Tromsø AI”. Denna artificiella intelligens har tränats på miljontals bilder och kan automatiskt känna igen olika typer av norrsken. Med hjälp av detta system kan vi snabbt hitta intressanta händelser där både satellit- och markbaserade data finns tillgängliga, vilket gör analyserna mer effektiva och tillförlitliga.

Projektets mål är att besvara flera viktiga vetenskapliga frågor:

• Hur uppstår diffusa norrsken efter ett utbrott?
• Vad orsakar de ljusa bågar som ibland syns inom större norrskensstrukturer?
• Hur sprids chocknorrsken över himlen efter att jorden träffas av chockvågor i solvinden?
• Vilka elektriska strömmar i jonosfären hänger samman med småskaliga ljusfenomen som STEVE?

Förutom den vetenskapliga betydelsen har projektet också ett praktiskt värde. Norrsken uppstår ofta i samband med störningar i jordens magnetfält, vilket kan orsaka så kallade geomagnetiskt inducerade strömmar (GIC). Dessa kan störa elnät, kommunikation och satelliter.

Genom att bättre förstå hur norrsken uppstår och utvecklas, särskilt vid plötsliga händelser som chockvågor i kraftiga solstormar, kan vi förbättra riskbedömningen för samhällskritiska system i Sverige och andra länder på höga latituder.

Resultaten från forskningen kommer att publiceras i öppet tillgängliga tidskrifter och delas med både forskare och allmänhet. Vi kommer också att fortsätta samarbeta med allmänheten, fotografer och studenter för att sprida kunskap om rymdväder och norrsken.

Genom detta projekt hoppas vi bidra till både grundforskning om och samhällets beredskap för rymdväderrelaterade risker, samtidigt som vi fördjupar förståelsen för ett av naturens mest magiska skådespel.