I dette undervisningsopplegget får elevane

lese, tolke og bruke sanntidsdata til å varsle nordlys
bruke kunnskap om nordlys, magnetisme, sola og atmosfæren
lære om korleis fysikarar og meteorologar tek i bruk data frå satellittar og andre kjelder til å sette saman informasjon for forbrukarar
sjå eksempel på yrke der temaet for opplegget er relevant, og sjå portrett av rollemodellar som studerer eller jobbar med dette eller relaterte problemstillingar
forhåpentlegvis oppleva å sjå vakkert nordlys etter sjølv å ha varsla det

Læringsressursen er utvikla i samarbeid mellom NAROM (Nasjonalt senter for romrelatert opplæring), Hanne Sigrun Byhring (tidlegare UiT) og Naturfagsenteret.

Bilde: Nordlys over Saltstraumen. Foto: Synne Marie Solstad Tømmerberg

Tilrådde forkunnskapar

Vi tilrår at elevane har lært om korleis nordlys oppstår før dei går i gang med dette opplegget. Ein fin introduksjon til emnet finns i Viten-programmet om nordlys her. Der møter elevane dei viktigaste prinsippa og omgrepa knytt til nordlys gjennom filmar, animasjonar og interaktive oppgåver. Full introduksjon til viten-programmet om Nordlys finns på naturfag.no.

Film om korleis nordlys blir til

Forskning.no og Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo har laga denne korte filmen om nordlys. Filmen gir ein rask introduksjon til emnet, og kan til dømes brukast som repetisjon og interessevekkar. Filmen varer i underkant av 5 minutt.

Omgrep

Viktige omgrep i denne ressursen er

solvind (solar wind)
solflekk (sunspot)
solstorm (solar storm)
magnetfelt
komponentar (av magnetfelt) i x-, y- og z-retning.
tettleik (density)
fart (speed)
temperatur (temperature)
romvêr (space weather)
koordinert universaltid (Coordinated Universal Time UTC)
sanntidsdata

Praktiske råd

Elevane treng tilgang til datamaskin med internett. Opplegget passar best vinter, vår eller haust. Nordlys kan varslast fleire timar før det oppstår, men sjølve observasjonen av nordlys må helst skje når det er mørkt. Ein av variablane som fortel om sannsynet for nordlys, er magnetfeltet på jorda nært der nordlyset skal observerast. Brå endringar i dette feltet aukar sjansen for nordlys, og da samtidig som nordlyset er der. Denne variabelen må ein derfor følge med rett før ein skal ut og observere nordlyset. Det er mest vanleg å sjå nordlys mellom kl 21 og 01 på kvelden.

Det kan vera lurt å dele opp dette opplegget over to økter som ligg fleire dagar, kanskje ei veke, frå kvarandre i tid. Da kan elevane følge med på dei ulike sanntidsdata over ein viss periode, til dømes sjekke ein gong om dagen, og sjå korleis dei varierer. Det aukar også sannsynet for at elevane får sjå nordlys. Av og til varslast det om solstormar eit par dagar før dei fører til sterkt nordlys. Viss det passar med skulekvardagen elles, kan det vera lurt å kjøre dette opplegget i samband med eit slikt varsel.

Elevark til å skrive ut

Oppgåver for elevane ligg no som elevsider i venstremargen her på sida. Viss du heller vil dele ut ein versjon i pdf, ligg det versjonar på nynorsk og bokmål her. Elevark – nordlysvarsel – nynorsk Elevark – nordlysvarsel – bokmål

Lag eit nordlysvarsel

I dette opplegget skal du bruke det du kan om nordlys saman med data frå satellittar og andre kjelder til å lage eit nordlysvarsel. Følg menyen til venstre under «Elevsider» i arbeidet.

Nordlys over Saltstraumen. Foto: Synne M. S. Tømmerberg

Introduksjon

I dette opplegget skal du lage eit nordlysvarsel. Det vil seie at du skal finne ut om det er sannsynleg at du kan sjå nordlys i ditt nærområde den nærmaste tida. Du kan også vurdere sjansen for nordlys andre stader i Noreg enn der du bor.

Nordlysvarselet skal du lage ved å bruke sanntidsdata – data som blir oppdatert live – for ulike storleikar som virkar inn på sannsynet for nordlys. Tidlegare har du lært om korleis nordlys oppstår, og vorte kjent med sentrale omgrep som solvind (elektrisk lada partiklar sendt ut frå sola), solstorm (sterk solvind), solflekkar (område på sola der solstormar kan oppstå) og magnetfelt (både i solvinden og rundt jorda).

Det er mange som til dagleg arbeider med å observere sola, straumen av partiklar ho sender ut og korleis denne solvinden påvirkar jorda og atmosfæren. Forholda i rommet rundt jorda er eit samspel av solvinden med sine partiklar og magnetfelt, magnetfeltet til jorda, og ioniserande stråling. Vi kallar desse forholda romvêr.

Det finns ulike tenester som tilbyr sanntidsdata om romvêret. Du skal no bruke nokre av dei til å varsle nordlys. På den måten skal du gjera same jobben som fysikarar og meteorologar som leverer nordlysvarsel til turistnæringa eller vêrvarslingstenester (til dømes http://www.tv2.no/storm/nordlys/).

Kva skal observerast?

For å vurdere sjansen for nordlys i nærområdet ditt den nærmaste tida, skal du sjekke ulike delar av romvêret. Etter at du har gjort deg kjent med framgangsmåten, kan du sjekke dei ulike kjeldene til dømes ein gong om dagen i nokre dagar (læraren kan tilpasse):

Solflekkaktivitet på sola
Magnetfeltet i solvinden totalt (B) og i z-retning (B_z)
Tettleiken av partiklar i solvinden
Farten til solvinden
Temperaturen til solvinden
Brå endringar i magnetfeltet på jorda i ditt nærområde

Obs! Universaltid

Du skal jobbe med kjelder til sanntidsdata som brukar såkalla koordinert universaltid (UTC). Koordinert universaltid er ein tidsstandard som er uavhengig av tidssoner, men som alle kan stille klokkene etter. Klokka i Noreg vil avvike ein time eller to frå UTC, avhengig av om det er sommartid eller vintertid. Sjekk og noter ned kva forskjellen er no på: http://www.timeanddate.com/worldclock/timezone/utc

Solflekkaktivitet

Sola har eit uroleg magnetfelt. Solflekkar er område på sola der magnetfeltet viklar seg inn i seg sjølv. Dei ser mørke ut fordi det strålar mindre energi frå desse områda enn elles. Viss innviklinga i magnetfeltet blir stor nok, bryt ei sløyfe i magnetfeltet laus frå sola og riv med seg ein storm av lada partiklar. Dette er ein solstorm. Slike solstormar kjem i tillegg til den «vanlege» solvinden, som også fraktar partiklar frå sola mot jorda.

Jo fleire solflekkar du ser på sola, jo større sjanse er det for solstormar. Solstormar aukar sannsynet for nordlys på jorda. Det finns ingen «fasit» for kor sterk solflekkaktivitet som må til for å få nordlys. Men, viss du følger med nokre dagar vil du sjå at aktiviteten varierer, og du kan sjå det i samanheng med informasjon om solvinden.

Gå til www.spaceweather.com for å sjå bilete av sola akkurat no.

Kor mange mørke (raude) solflekkar kan du sjå? Kor mange solflekkar er oppgjeve som «Sunspot number» akkurat no?

Skjermdump frå www.spaceweather.com som viser solflekkar på sola til ein kvar tid.

Data om solvinden frå ACE-satellitten

Solvinden (og eventuelle solstormar) består av lada partiklar i fart. Fordi partiklane er lada vil det vera eit magnetfelt i solvinden som avheng av forholda på sola da partiklane vart sent ut. Farten og temperaturen i solvinden og tettleiken av partiklar vil også variere.

Den amerikanske ACE–satellitten (Advanced Composition Explorer) gir oss sanntidsdata om desse eigenskapane ved solvinden. Satellitten er plassert mellom sola og jorda, i eit punkt der tyngdekreftene frå jorda og sola veg opp for kvarandre. Punktet ligg omtrent 1,5 millionar kilometer frå jorda.

Eksempel på plott med sanntidsdata om solvinden frå ACE-satellitten. Klikk på biletet for stor versjon.

Data om solvinden frå ACE-satellitten akkurat no finn du på Space Weather Prediction Centre sine sider.

Klikk på lenka til Space Weather Prediction Centre over og velg «Magntic field and solar wind electron proton alpha monitor (SWEAPAM)». Du skal sjå på data for magnetfelt (Bt og Bz), tettleik (density), fart (speed) og temperatur (temp) i solvinden.

Magnetfeltet i solvinden

For at vi skal få nordlys, må magnetfeltet i solvinden koble seg godt til jordas magnetfelt, slik at partiklar i solvinden blir ført ned mot polområda. Det viser seg at det best skjer når magnetfeltet i solvinden ligg mest muleg i negativ z-retning sett frå jordas magnetfelt (sjå figur). Det vil seie at B_z i data frå ACE er mest muleg negativ.

Omtrent kor sterk er B_zno? Er den positiv eller negativ?
Korleis har den utvikla seg siste døgnet?

Møte mellom magnetfeltet i solvinden og jordas magnetfelt (kjelde: www.sarepta.org). Klikk på biletet for stor versjon.

Fart, temperatur og tettleik i solvinden

Både farten, temperaturen og tettleiken påvirkar kor mykje energi som finns i solvinden. Sjansane for nordlys aukar difor stort sett når desse variablane aukar. Tettleiken bør vera over 1 partikkel per cm³. Sjå spesielt etter brå endringar i fart, temperatur og tettleik. Det kan tyde på at noko er i ferd med å skje.

Kor stor er farten til solvinden ved ACE-satellitten akkurat no?
Kor lang tid brukar solvinden frå ACE til jorda med den farten? Eller sagt annleis: viss verdiane du observerer frå ACE tyder på ein solvind egna for å forårsake nordlys, kor lang tid tek det da til du eventuelt kan observere dette nordlyset? Satellitten ligg omtrent 1,5 millionar kilometer frå jorda.

Magnetfeltet på jorda

Nordlyset blir danna i den øvre delen av atomsfæren, som kallast ionosfæren fordi den dels er ionisert. Det betyr at det er mange frie elektron der, og da skal det ikkje mykje til før det byrjar å gå elektriske straumar der. Straumane som oppstår inne i nordlyset set opp sine eigne magnetfelt, og desse fører til små forstyrrelsar i jordas magnetfelt. Rundt om kring i Noreg (og verda) er det plassert ut såkalla magnetometer, som måler magnetfeltet lokalt. Viss magnetometret registrerer brå endringar i magnetfeltet, kan det tyde på at det er nordlys langt der oppe i ionosfæren.

Tromsø Geofysiske Observatorium har ansvar for ei rekke slike magnetometer, og sanntidsdata frå dei er tilgjengelege på http://flux.phys.uit.no/stackplot/. Velg H-komponenten (den horisontale komponenten i feltet gir mest informasjon om forekomsten av nordlys), huk av for dei magnetometra du vil sjekke (ta i alle fall det nærmast der du bor), og trykk «Custom sites». Ser du eit hopp i feltet, er det berre å springe ut og sjå etter nordlys.

Skjermdump av Tromsø geofysiske observatorium si side for sanntidsdata frå magnetometer. Klikk på biletet for stor versjon.

Eksempel på kurve som viser H-komponenten i magnetfeltet målt av magnetometeret i Tromsø. Klikk på biletet for stor versjon.

Varsle nordlys

Korleis vurderer du sjansen for nordlys i ditt nærmiljø i nær framtid? Grunngje svaret.
Er det sannsynleg å sjå nordlys andre stader enn der du bor?
Viss det er gode sjansar for nordlys kan du godt varsle andre om det via sosiale medier eller andre kanalar. Og etterpå kan du kanskje dele bilete av nordlyset?
Tagg gjerne varsel eller bilete med Naturfagsenteret (@naturfag_no) på twitter eller facebook.

NB! Hugs å sjekke (det vanlege) vêret og vêrmeldinga og – det må vera klårvêr for å få sett nordlyset.

Er andre nordlysvarsel samd med deg? Samanlikn ditt varsel med TV2 sitt på http://www.tv2.no/storm/nordlys/, eller varsel fra Kjell Henriksen Observatoriet på http://www.nordlysvarsel.com/nordlysvarsel

Diskusjon: Kva anna blir informasjon om romvêr bruka til – og kven driv med slikt?

Forslag til første diskusjonsoppgåve for elevane:

«Snakk med ein anna elev. Kva andre bruksområde for informasjon om romvêr kan de tenkje dykk, bortsett frå nordlysvarsling og nordlysforskning? Kva slags utdanning og yrke er dette temaet relevant for? Snakk med resten av klassen og læraren om det til slutt.»

I den oppsummerande klasseromsdiskusjonen kan læraren trekkje inn nokre av desse eksempla:

Informasjon om solaktivitet og romvêr blir også bruka til mykje anna enn nordlysvarsling. Romvêr påvirkar magnetfeltet på jorda, og bransjar som er avhengige av nøyaktige kompass (til dømes oljeindustri og shipping) må korrigere apparata sine tilsvarande. Kraftige solstormar kan forstyrre radio- og navigasjonssystem (til dømes GPS), og dermed skape vanskar for flytrafikk og redningsaksjonar. Solstormar kan også vera skadelege for romstasjonar og menneske i rommet. I særs alvorlege tilfelle kan solstormar slå ut kraftnett, og føre til store økonomiske og samfunnsmessige kostnadar. Vil du veta meir om farar ved romvêr? Les meir på http://www.romsenter.no/Laer-om-rommet/Nordlys-og-romvaer/Det-farlige-romvaeret.

Trekk gjerne inn yrker frå velgriktig.no eller vis fram rollemodellar frå rollemodell.no for å konkretisere relevansen av dette temaet for elevane.

Forslag til yrker og rollemodellar:

Rollemodellar: Astrofysiker Pål Brekke, romteknolog Christina Aas og realfagslærar Anne Tronhus Aarrøe

Yrke: Fysiker, romteknolog, meteorolog og lærar

Fleire ressursar om nordlys

Fleire ressursar om nordlys finn du på denne temasida på naturfag.no.

Om oppgaven