Det handlar om norrskenets anatomi Norrskensbetraktaren ser rörliga ljusfenomen i varierande färger med ett starkt inslag av grönt. Hon ser rörliga strålar i draperiformationer som fokuserar ut i rymden utan att nå fram till fokus. Hon ser lite luddiga, släpiga och ibland dimmiga formationer. Men det händer att hon ser tydliga kanter som rör sig snabbt och distinkt. LASERSHOW har gjorts för att illustrera bakgrunden till dessa iakttagelser. Jordens magnetosfär Jorden har ett eget magnetfält, vars källa ligger i jordens inre. Om vi tar en fritt rörligt upphängd magnetnål och reser runt jorden med den, upptäcker vi att nålen pekar åt olika håll beroende på var vi är. Vid ekvatorn pekar nålen horisontellt och i närheten av polerna pekar den nästan vertikalt. Om vi för magnetnålen runt en stark lek saksmagnet, pekar den längs linjer som beskriver ett dipolfält. Placerar vi nålen nära magneten på en plats där nålen pekar rakt ut och sedan förflyttar den i nålens riktning, kommer vi aldrig mer tillbaka till magneten. Väljer vi en startplats nära magneten där nålen pekar snett ut kommer vi tillbaka till magneten men till en annan plats än startplatsen. En TV-bild genereras av elektroner som riktas mot TV-skärmen av ett magnetfält i TVn. Ändrar vi magnetfältet i TVn t.ex. genom at hålla vår leksaksmagnet nära TV-bilden kommer den att förändras; vår magnet påverkar magnetfältet inuti TVn och elektronerna får andra banor än de tänkta. Jordens magnetfält ute i rymden liknar fältet från vår leksaksmagnet. Ute i rymden finns elektroner och joner som i likhet med elektronerna i TVn styrs av magnetältet men som dessutom påverkar magnetfältets form. Jordens magnetfält bildar med sina laddade partiklar magnetosfären. Vår atmosfärs molekyler/atomer och ljus Vår atmosfär är lätt att förnimma genom luften vi andas och genom hur vindar blåser. Vid jordytan är det huvudsakligen kolliderande syre- och kvävemolekyler som bildar atmosfären. Högre upp är det färre molekyler och tillräkligt högt upp kolliderar de inte med varandra på flera minuter; molekylerna agerar oberoende av varandra. Om en molekyl/atom får en energikick och blir exiterad, ökar dess inre energi och den sänder automatiskt ut ljus helt på egen hand. Färgen på ljuset och den tid det tar för molekylen/atomen att stråla är beroende av molekyl/atom-typ. Utsändandet av ljuset från en atom är inte enkelt att beskriva i text och bild. Från en kvantmekanisk synvinkel drar en just existerad atom en tid ur en slumptabell. Den sänder sedan ut en foton efter den tiden. Fotonen är en ljuspartikel, vars frekvens (ljusets färg) bestäms av atomen och dess exiterade tillstånd. Fotonen kan ibland betraktas som en elek tromagnetisk våg som uppstått över hela uni versum på en gång. Men då är vågens fas obestämd. En våg som har obestämd fas kan inte avbildas. Skulle den haft en bestämd fas skulle antalet fotoner vara obestämt; inte med säkerhet en enda således. Det bästa sättet att illustrera hur en atom sänder ut ljus är att använda en klassisk atommodell med cirkulerande elektroner runt en kärna. När atomen blir exiterad hoppar elektronerna längre ut från atomkärnan, cirkulerar där och sänder ut ljuset i takt med att elektronen faller tillbaka till sin ursprungliga bana. Tiden för detta motsvarar den tid, som den kvantmekaniska atomen drar ur sin slumptabell. Färgen på ljuset har att göra med hur fort elektronen rör sig i sin bana. Vår atmosfärs molekyler/atomer och ljus Vår atmosfär är lätt att förnimma genom luften vi andas och genom hur vindar blåser. Vid jordytan är det huvudsakligen kolliderande syre- och kvävemolekyler som bildar atmosfären. Högre upp är det färre molekyler och tillräkligt högt upp kolliderar de inte med varandra på flera minuter; molekylerna agerar oberoende av varandra. Om en molekyl/atom får en energikick och blir exiterad, ökar dess inre energi och den sänder automatiskt ut ljus helt på egen hand. Färgen på ljuset och den tid det tar för molekylen/atomen att stråla är beroende av molekyl/atom-typ. Utsändandet av ljuset från en atom är inte enkelt att beskriva i text och bild. Från en kvantmekanisk synvinkel drar en just existerad atom en tid ur en slumptabell. Den sänder sedan ut en foton efter den tiden. Fotonen är en ljuspartikel, vars frekvens (ljusets färg) bestäms av atomen och dess exiterade tillstånd. Fotonen kan ibland betraktas som en elek tromagnetisk våg som uppstått över hela uni versum på en gång. Men då är vågens fas obestämd. En våg som har obestämd fas kan inte avbildas. Skulle den haft en bestämd fas skulle antalet fotoner vara obestämt; inte med säkerhet en enda således. Det bästa sättet att illustrera hur en atom sänder ut ljus är att använda en klassisk atommodell med cirkulerande elektroner runt en kärna. När atomen blir exiterad hoppar elektronerna längre ut från atomkärnan, cirkulerar där och sänder ut ljuset i takt med att elektronen faller tillbaka till sin ursprungliga bana. Tiden för detta motsvarar den tid, som den kvantmekaniska atomen drar ur sin slumptabell. Färgen på ljuset har att göra med hur fort elektronen rör sig i sin bana. Solvinden Energin vi får från solen är inte enbart ljusenergi utan även energi i form av strömmande materia: solvinden. Den kan vi indirekt se genom att noggrant iakttaga kometer. En komet har en svans, som pekar från solen. Redan Kepler hade en förklaring; han tänkte sig att solljuset var en mängd små partiklar som krockade med kometens finare stoff och stötte ut det från kometen samtidigt som kometens kärna höll stoftet kvar med hjälp av sin dragningskraft. Tittar vi noga på en kometsvans ser vi att den består av två delar: ett stoftmoln och ett strålknippe. Stoftmolnet kan förklaras med Keplers resonemang men inte strålknippet. Om vi antar att det från solen strömmar en gas som består av laddade partiklar och ett magnetfält kan vi förklara strålarna. Laddade partiklar från kometen rycks med av den strömmande gasen med hjälp av elektriska krafter. Den strömmande gasen från solen kallar vi solvinden och den postulerades långt innan satelliter snurrade kring jorden och direkt på plats studerade den. Det var strålarna i kometsvansarna som först avslöjade solvinden. Bogshocken I solvinden förekommer vågor liknande de ljudvågor som finns i luften när vi pratar. I luften har vågorna en konstant våghastighet som är lika med luftmolekylernas termiska hastighet (ett slags medeltal av absoluta värdet av hastigheterna relativt gasen som helhet). Ljudets hastighet i luft är cirka 340 m/s och det är således också den termiska hastigheten hos luftmolekylerna. Luftens temperatur är ett mått på enstaka luft molekylers rörelseenergi. Tunga molekyler har lägre hastighet än lätta vid samma temperatur. En gas med tunga molekyler har således lägre ljudhastighet än en gas med lätta molekyler. I luft har molekylerna massan 20 och i en he liumgas massan 4. Ljudhastigheten i en heli umgas är således större än ljudhastigheten i luft; många är de lustigheter man har åstadkommit tack vare detta. Solvindens vågor är annorlunda än luftens men man kan resonera likartat. Temperaturen är sådan att solvindspartiklarnas termiska hastighet är väsentligt lägre än solvindens strömningshastighet. Tänker vi oss att vi följer med solvinden kommer vi att uppleva att jorden flyger med övervåghastighet och bildar en vågbang framför jorden; nästan som när ett över ljudsplan bildar sin ljudbang. Vågbangen syns inte direkt från jorden och kan huvudsakligen endast studeras med hjälp av mätningar från satelliter. Vi kallar den för bogshocken.