magnetiske stormer

Før en magnetisk storm kan man observere en svak økning i Jordas magnetfelt over noen timer. Selve stormen starter med et plutselig utbrudd. I løpet av noen minutter kan man måle at Jordas magnetfelt øker betraktelig. Dette skjer samtidig over hele Jorda. Det sterke magnetfeltet vil vedvare og det vil være sterkere enn normalt i to til seks timer i det som kalles innledningsfasen av stormen. I begynnelsen av den påfølgende hovedfasen skjer det igjen en dramatisk forandring med en kraftig reduksjon av magnetfeltet. Denne fasen varer typisk i 12–24 timer. I hovedfasen vil det også være sterk nordlysaktivitet, og hele nordlysovalen utvides og forskyves mot ekvator. I den siste fasen, gjenvinningsfasen, går feltet langsomt tilbake til normaltilstanden. Denne prosessen kan gå over flere dager.

Årsaken til magnetiske stormer er høy aktivitet på Sola. Det er vanlig å måle solaktiviteten ved hjelp av solflekktallet. Men solflekkene er årsaken til magnetiske stormer. Kilden til de magnetiske forandringene er aktive områder i Solas korona og kromosfære. Under erupsjoner og andre former for utbrudd sender Sola ut store skyer av elektrisk ladede partikler, hovedsakelig elektroner og protoner. Dette plasmaet og sendes ut med med en energi på noen tusen elektronvolt. Når en slik sky støter mot Jordas magnetfelt, om lag 21 timer etter utbruddet, vil det føre til en sammenpressing av Jordas magnetfelt på den siden som vender mot Sola (dagsiden). I grenseflatene mellom plasmaskyen og Jordas magnetfelt vil det da skapes elektriske strømmer. Det er disse strømmene som medfører den plutselige forandringen i Jordas magnetfelt i innledningsfasen.

Mekanismene som er involvert i de øvrige fasene er mer kompliserte. Solvindplasmaet blir fanget opp i Jordas magnetfelt. Der blir det tilført energi gjennom akselerasjonsprosesser, og det settes opp en kraftig elektrisk strøm, ringstrømmen, i Jordas ekvatorplan, 20 000 til 40 000 km fra Jordas sentrum. Dette gir magnetfeltvariasjonene i hovedfasen. Under gjenvinningsfasen får man en gradvis uttynning av plasmaet og en reduksjon av ringstrømmen, inntil forholdene i magnetosfæren normaliseres.

Forløpet av en substorm ligner mye på det man observerer i en global magnetisk storm, med en vekstfase, utbrudd, hovedfase og gjenvinning. Men hele forløpet går mye raskere og varer vanligvis omtrent én til to timer. Under en substorm får ionosfæren en sterk innstrømning av energirike partikler fra Jordas magnetosfære. Partiklene, hovedsakelig elektroner og protoner fra Sola, er blitt fanget inn i Jordas magnetfelt. Under substormen blir de frigjort, tilført energi og ledet langs magnetfeltlinjene ned i nordlysovalen, hvor de skaper nordlys, sterke strømmer og magnetforstyrrelser.

I løpet av en natt kan man oppleve flere substormer. Under en slik begivenhet blir det frigjort store mengder energi i ionosfæren. I en representativ substorm med varighet på to timer, vil energien som kommer inn ved partikkelinnstrømningen, utgjøre ca. 20 millioner kilowattimer (kWh) i hvert polområde. En tilsvarende energimengde tilføres fra de elektriske strømmene i form av oppvarming.

Det er ikke kjent i detalj hvilke mekanismer som utløser en substorm, hvilke prosesser som er involvert i energioverføring fra solvinden, og hva som forårsaker akselerasjon av de partiklene som kommer ned i atmosfæren. Det er imidlertid akseptert at kobling mellom magnetiske feltlinjer i solvinden og i Jordas magnetfelt er en av mekanismene som kan starte en magnetisk substorm. Slike koblinger kan skje på dagsiden av magnetosfæren og på nattsiden i det som kalles haleområdet (x-linje).

Kunnskap om prosessene som inngår i generering av magnetiske stormer, har betydning ut over det å forstå forhold i vårt kosmiske nærmiljø. Det har blant annet overføringsverdi til laboratorieforskning på plasmaenergi. Variasjoner i magnetosfæren og ionosfæren har også innvirkning på tekniske installasjoner både på bakken og i rommet, og kan i ekstreme tilfeller ha ødeleggende virkning. Kunnskap om prosessene som kontrollerer forholdene i magnetosfæren er viktig for å kunne varsle forstyrrelser. Les mer om dette under romvær og romværvarsling.