Nyhet

Norsk romrakett og teknologi skal studere spesielt nordlys-fenomen

– I verste fall har man hverken kommunikasjon eller navigasjon.

Mandag skal en helt spesiell romrakett plasseres på utskytningsrampen på Andøya Space Center i Nordland. Der skal den vente i opptil to uker, mens forskere både i Norge, på Svalbard og i Japan overvåker luftrommet over nordkalotten for å se etter et helt spesielt fenomen som oppstår når spesielle «elektronskyer» og nordlyset kolliderer.

Akkurat når fenomenet oppstår skal raketten skytes rett opp, samle data, og styrte i havet igjen.

Det hele vil være over på 10 minutter, men dataene raketten samler inn er viktige for å gi bedre forståelse av dette fenomenet. Slike kollisjoner har gitt forstyrrelser som har ført til posisjoneringer som har vært opp til flere titalls meter feil, som blant annet gjør GPS alt for risikabelt å bruke for skip som skal legge til oljeplattformer, samtidig som det lager trøbbel for kommunikasjon med fly.

sitat"Problemene og utfordringene er trolig enda større rundt ekvator"
Prosjektleder og instituttleder ved fysisk institutt på Universitetet i Oslo, Jøran Idar Moen. Foto: UIO

– Vi har ikke noen kvantitativ beskrivelse av fenomenet i dag. Vi må først indentifisere drivmekanismene til forstyrrelsene, som er et mikro-skala plasmafenomen. Så må vi finne kvantitative mål på vekst og dempning av disse mikro-skala prosessene, og kunne beregne hvor mye av forstyrrelsene vi observerer, forteller prosjektleder og instituttleder ved fysisk institutt på Universitetet i Oslo, Jøran Idar Moen til Tek.no.

Kolliderer med nordlyset

De trøblete elektronskyene er en gass av ladde partikler, og består av en god miks av negative elektroner og positivt ladde oksygenatomer, noe som på fagspråket kalles en plasmasky. Slike plasmaskyer oppstår naturlig på to måter: Enten med fotoionisasjon på grunn av sollyset, eller ved hjelp av partikkelkollisjon med nordlyspartikler.

Disse plasmaskyene er ustabile og turbulente, noe som lager gradienter, strukturer, i elektrongassen:

– Det er gradientene i elektrontettheten som er problemet, fordi de fører til diffraksjon og refleksjoner slik at radiobølgene brytes ned og svekkes i styrke, og signalkvaliteten forringes. For GNSS-signaler (typisk GPS-signaler, red. anm.) bruker de også lengre tid ned, og posisjonsnøyaktigheten blir dårligere. I verste fall har man hverken kommunikasjon eller navigasjon, forteller Moen.

Foto: Trond Abrahamsen, Andøya Space Center

Selv om elektronskyene kan lage trøbbel på to måter, med sollys eller i kollisjon med nordlys, er det kollisjonen med nordlyset over Norge om natten som er verstingen – og dermed av størst interesse i arktiske strøk.

De to faktorene som skaper problemet henger også tett sammen. Nordlyset oppstår etter utbrudd på sola som treffer jordkloden og skaper en spektakulær skue på nattehimmelen i nord. Men på dagsiden av jorda, over Nord-Amerika, river sollyset løs elektroner i atmosfæren, og skaper da disse elektronskyene. På noen timer driver de over nordkalotten og møter «vårt» nordlys. Det er da fenomenet forskerne vil studere oppstår.

Skjer hele tiden

Universitetet i Oslo sin ICI-3-rakett, forløperen til ICI-4 som nå skal brukes. Foto: Tore André Bekkeng, UiO

Fenomenet er riktig nok på ingen måte eksklusivt for himmelen over Norge:

– I polområdet er hele nordlysovalen og hele polkalotten innenfor et område som kan være forstyrret avhengig av solaktiviteten. Høytetthets-plasmaskyer som har blitt produsert av sollys på dagsiden av jorda, blir trukket inn i polkalotten gjennom dagnordlyset. Skyene drifter deretter over polkalotten, trukket av solvinden, fra dag til natt, og trekkes ut av polkalotten gjennom nattnordlyset, forteller Moen.

– Dette foregår hele tiden, og elektronskyer som trekkes inn i polkalotten gjennom dagnordlyset over Svalbard ender opp i USA på natten.

Ved å ta i bruk GPS-scintillasjonsmålinger i kombinasjon med å observere nordlyset fra bakken har forskerne funnet ut hva som lager mest trøbbel på vår side av kloden, og det er elektronskyene som oppstår over USA og kommer i kontakt med nattnordlyset over Norge.

– Problemene og utfordringene er trolig enda større rundt ekvator på grunn av at elektrontettheten er mye høyere der, sier Moen.

Grunnforskning

Moen kaller studeringen de nå skal gjøre for «grunnforskning», fordi de rett og slett vet veldig lite om det – og forskningen skal ha stort anvendelsespotensiale.

– Vi har ikke noen kvantitativ beskrivelse av fenomenet i dag. Vi må først indentifisere drivmekanismene til forstyrrelsene, som er et mikro-skala plasmafenomen. Så må vi finne kvantitative mål på vekst og dempning av disse mikro-skala prosessene, og kunne beregne hvor mye av forstyrrelsene vi observerer in situ med raketten, og hvor mye utslag det gir på GPS-installasjoner på bakken, forteller Moen.

Raketten bærer med seg en rekke instrumenter (se faktaboks) som kan måle prosessene som pågår mens raketten flyr gjennom fenomenet, slik at de fysiske prosessene kan beskrives og brukes som grunnlag for fremtidige scintillasjonsmodeller.

For å finansiere prosjektet har Universitetet i Oslo, som er prosjekteier, fått støtte fra Norges Forskningsråd til instrumenter og forskningen, mens Norsk Romsenter har bidratt med finansiering til rakettinfrastrukturen og oppskytningen.

Overvåker luftrommet – og skyter opp

For å gjøre den jobben skal da altså Moen og teamet hans på mandag sette ICI4-raketten til Universitetet i Oslo klar på utskytningsrampa ved Andøya Space Center.

De to følgende ukene skal forskere i flere verdenshjørner være i sving for å overvåke luftrommet over og utenfor Andøya. Så snart de ser elektronskyene komme fra Nord-Amerika og over nordkalotten, samtidig som vi har nattnordlys her og været er godt nok for en oppskytning, så vil de fyre av raketten.

For å observere elektronskyene er to EISCAT-radarer i sving, både på Svalbard og i Tromsø, i tillegg til et all-sky-kamera i Ny-Ålesund, et på Kjell Henriksen Observatoriet og enda et all-sky-kamera i Skibotn og et fjerde på Andøya. Det er disse seks instrumentene Moen vil bruke til å avgjøre når raketten skal skytes opp, i tillegg til at forskere ved Nagoya-universitetet i Japan vil gjøre nøytralvindmålinger fra EISCAT i Tromsø.

– Jeg vil ha med meg et forskerteam på Andøya Space Center, et på Kjell Henriksen Observatoriet og et på EISCAT Svalbard Radar. Vi vil alle analysere situasjonen og forberede beslutningsgrunnlaget før vi skyter opp, forteller Moen.

– Raketten har en flytid på 10 minutter, går opp til en makshøyde på 350 kilometer. Den horisontale rekkevidden er på 500 km, 5 breddegrader, før den går havet og blir borte, avslutter Moen.

Universitetet i Oslo lager faktisk flere satellitter midt i Oslo:
Selv studentene får jobbe med NASA »

annonse