Norrsken upptäckt vid komet

Nu sällar sig även kometer till skaran av himlakroppar där norrsken har observerats. En forskare från Institutet för rymdfysik, IRF, ingår i det forskarlag som presenterar upptäckten i tidskriften Nature Astronomy.

Norrsken är tidigare känt inte bara från jorden utan också från andra planeter, till exempel Jupiter och Mars, och även några månar i solsystemet.

Upptäckten av norrsken vid en komet bygger på mätningar från flera instrument på den europeiska rymdorganisationen ESA:s rymdsond Rosetta, bland dem ett från Institutet för rymdfysik.

Genom att kombinera Rosettas mätningar av plasma, gas och ultaviolett ljus runt kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko med datorsimuleringar har ett forskarlag lett av Marina Galand på Imperial College i London kunnat visa att elektroner som accelererats till hög hastighet i kometens näromgivning ger upphov till ljus när de träffar gasmolekyler i den gas som pyser ut från kometkärnan, vilket är hur norrsken fungerar på jorden. Upptäckten publicerades idag i tidskriften Nature Astronomy.

Anders Eriksson är forskare vid Institutet för rymdfysik och deltar i studien.

”När vi såg hur våra mätningar hängde ihop tittade vi på varandra och sade "men det här är ju norrsken. Sedan tog det ett par år innan alla detaljer klarats ut och skräddarsydda datorsimuleringar kunde visa precis hur bilden hängde ihop, men den ursprungliga tanken stod sig genom hela studien”, säger Anders Eriksson.

Han fortsätter:

”Det enda vi möjligen kunde önskat oss mer vore att kunna se kometens norrsken även i synligt ljus, som vi kan se det vanliga norrskenet på jorden en kväll i exempelvis Kiruna. Det går inte, av samma skäl som vi inte kan se norrsken i dagsljus här nere på jorden, att solljuset dränker det svaga skenet. Norrskenets UV-ljus kan mätas även på dagen, av satelliter runt jorden såväl som av Rosetta vid kometen”, säger Anders Eriksson.

Jorden har ett starkt magnetiskt fält som gör att norrsken och dess motsvarighet på södra halvklotet, sydsken, huvudsakligen håller sig till ovala områden runt planetens poler. Högt ovanför dessa områden accelereras elektroner längs magnetfältets riktning av elektriska fält ytterst drivna av flödet av laddade partiklar från solen, solvinden. En komet har inget eget magnetfält men lånar ett av den förbiblåsande solvinden.

Forskarlagets datorsimuleringar visar att elektriska fält bildas längs magnetfältet som en naturlig del av hela processen. De elektroner som accelereras har uppmätts av Rosetta och även täthet och sammansättning av kometerns atmosfär. När allt detta kombinerades med känd fysik för hur gaser påverkas av elektroner visar det sig stämma väl med det UV-ljus som också observerades.

Det är i dagarna fyra år sedan Rosetta avslutade sitt uppdrag vid kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko med en kontrollerad kraschlandning på kometkärnan den 30 september 2016. Då hade Rosetta under två år detaljgranskat kometen med en detaljrikedom långt över vad något tidigare rymdprojekt kunnat göra. Rosetta har även tidigare upptäckt att flera företeelser på jorden, som årstidsvariationer och en syrerik atmosfär, förekommer även i den helt annorlunda miljön vid en komet. Analysen av den stora datamängd som insamlades kommer att fortsätta i många år framöver.

Studien bygger på samarbete mellan forskare från 11 olika grupper i Europa och USA som var och en bidragit både med sin egen pusselbit och till förståelsen av helheten. Forskarlaget omfattar experter på de instrument på Rosetta som gjort mätningarna och analyserat deras data, teoretiker som gjort modellering av UV-ljuset och experter på stora datasimuleringar.

För att korrekt kunna beskriva de energirika elektronerna kombinerades observationerna från elektronspektrometern IES från SouthWest Research Institute i San Antonio, Texas, med mätningar från rymdvädersonden LAP från Institutet för rymdfysik i Uppsala.

Täthet och sammansättning av kometens atmosfär uppmättes av gasanalysatorn ROSINA från universtitetet i Bern, Schweiz. Från dessa mätningar kunde gruppen vid Imperial College i London räkna fram vilket UV-ljus som borde utsändas, vilket sedan kunde jämföras med mätningar gjorda av UV-spektrometern ALICE från SouthWest Research Institute i Boulder, Colorado.

Slutligen kunde fysiken för hur de energirika elektronerna accelererats klargöras genom datorsimuleringar huvudsakligen utförda vid University of Colorado.

Rosettaprojektet drevs av European Space Agency, ESA. Farkosten bar en uppsättning instrument byggda av ett stort antal forskargrupper från Europa och USA. De svenska bidragen till Rosetta, inklusive Institutets för rymdfysik två instrument ombord, finansierades av Rymdstyrelsen.

Artikeln publiceras i Nature Astronomy den 21 september 2020. https://www.nature.com/articles/s41550-020-1171-7

Kontaktperson:
Anders Eriksson, forskare Institutet för rymdfysik
Anders.Eriksson@irfu.se, 0701-7130 29.