Du befinner dig i norra Sverige en vinternatt. Draperier av grönt, blått och rött dansar över himlen. Skenet – norrsken -har fascinerat människor i alla tider. Men hur uppkommer det egentligen? Och varför kan man oftast bara se det långt i norr eller söder?
Kortfattat är polarsken ett ljusfenomen som förekommer både här på jorden och på andra planeter. Det orsakas av partikelstrålning från solen och bildar två ringar runt båda polerna på jorden. Under extrema förhållanden finns det en risk att det påverkar infrastruktur och teknologi, men tack och lov är det helt ofarligt för oss människor, och vi kan tryggt njuta av denna vackra ljusföreställning på himlen.
Polarsken, Aurora polaris, är ett optiskt fenomen som kan observeras i närheten av polerna. Vid Nordpolen kallas det norrsken, Aurora borealis, och vid Sydpolen sydsken, Aurora australis. Polarskenet är oftast grönt, men det kan också skifta i violett eller vara fullständigt rött. För att kunna se fenomenet med blotta ögat måste det vara mörkt ute, men polarskenet upphör inte för att det blir ljust; man kan bara inte se det då. Vanligen visar sig skenet under endast några minuter, men i enstaka fall kan skådespelet pågå i timmar.
Det är partikelstrålning från rymden som orsakar polarskenet. Solen kan nämligen slunga ut laddade partiklar – elektroner och protoner – vid utbrott, något som kallas för solvind. Dessa partiklar utgörs vanligen av elektroner. Partiklarna slungas ut i rymden med en hastighet av mellan 300 och 500 km/s. Inom 1–3 dygn har vissa av dessa partiklar nått jorden. Solvind är mycket farligt, men jordens magnetosfär fungerar som ett skyddande hölje mot den och avleder runt 98% av partiklarna innan de når atmosfären. Resterande partiklar, de som tränger igenom magnetfältet, följer magnetiska fältlinjer på magnetosfären och träffar jordens atmosfär längs ovaler runt polerna. Skenet uppstår högt uppe i atmosfären, över 100 km från jordytan.
Polarsken uppstår när de laddade partiklarna från rymden träffar syre- eller kväveatomer i atmosfären. Då får atomerna ett högre energitillstånd, de exciteras. Enkelt förklarat går elektroner i atomerna till högre “energinivåer” längre från atomkärnan och atomerna som helhet får därmed mer energi. Eftersom de strävar efter så låg energi som möjligt, kommer dock elektronerna hoppa tillbaka, och då avger atomerna den upptagna energin i form av ljus av olika våglängder, vilket bildar det färgstarka skenet. Skenets färg beror på partiklarnas energi. Olika höga energinivåer bromsas nämligen på olika höjder, och atmosfären har olika egenskaper som kommer avgöra ljusets utstrålning. Exempelvis uppkommer det typiska gröna ljuset då de inkommande partiklarna kolliderar med syreatomer på mellan 120 och 180 kilometers höjd. Vid andra förhållanden kan skenet även bli rött, lila och blått.
Polarsken. Det typiska gröna ljuset uppkommer då laddade partiklar från solen kolliderar med syreatomer på höjder på mellan 120 och 180 kilometer.
Polarskenszonerna är de områden där polarsken är som vanligast. De är belägna runt polerna och har en ungefärlig radie på 2 500 km. Två skimrande ringar, polarskensovalerna, skapas runt båda polerna. Dessa kan ses från rymden. Oftast kan man bara få en glimt av norrskenet om man befinner sig ovanför polcirkeln, men ibland kan man se fenomenet så långt söderut som Sydeuropa. Detta sker vid ökad solaktivitet, då magnetiska stormar vidgar norrskensovalen. Vid dessa tillfällen blir skenet också mer intensivt. Motsvarande gäller för sydsken.
Polarsken finns inte bara här på jorden. Fenomenet har också observerats på andra planeter med välutvecklade magnetfält, där samtliga gasplaneter i solsystemet ingår. Skenets styrka beror både på hur kraftfullt magnetfältet är och hur mycket laddade partiklar som strömmar ned i planeternas övre atmosfärer. Även på Mars förekommer det polarsken, trots att planeten inte har ett globalt magnetfält. Istället för att synas som stora ringar som på jorden, uppkommer polarskenet endast där det finns magnetiska klippor på ytan.
Polarsken förekommer så högt upp i atmosfären att det inte är skadligt för oss människor. Däremot skulle de elektriskt laddade partiklarna kunna negativt påverka teknologi och infrastruktur, såsom elledningar eller datanät under extrema förhållanden.