2. september 2015 samledes vi på DTU Space for at se astronaut Andreas Mogensens opsending. Det var med følelserne uden på tøjet, for vi kendte Andreas personligt.
Med en Sojuz-raket skulle han sendes afsted fra russernes kosmodrom, en slags lufthavn for rumraketter, i Kasakhstan.
Målet var Den Internationale Rumstation, som svæver rundt om jorden i en afstand på cirka 386 km.
På DTU Space er vi vant til opsendelser. For det meste samles vi for at se vores egne projekters opsendelser, hvor vi har bidraget med instrumenter. Andre gange ser vi opsendelser af vores kollegaers missioner. Nogle gange har vi set folks arbejdsindsats gennem mange år blive til orange flammer og faldende skrot.
Den her mission, den såkaldte Iriss-mission, skulle vise sig at få en afgørende betydning for mine kollegers og min forskning i kæmpelyn.
Læs med, hvis du vil høre historien om Andreas Mogensens aktive pause, der viste sig at ændre vores syn på lyn. Og om, hvad avanceret teknologi kan lære os om fænomener som kæmpelyn.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Et eksperiment, der først slog fejl
Da vi fik at vide, at Andreas skulle op til Den Internationale Rumstation, kom der også en invitation fra Uddannelses- og Forskningsministeriet, som opfordrede os til at finde på et lille eksperiment, som Andreas kunne udføre på rumstationen.
Men i en sådan situation er det ikke alt, der kan lade sig gøre, og der var særligt to begrænsninger, som vi blev nødt til at tage højde for.
Eksperimentet skulle nemlig både være kort, samtidig med at det kun måtte bruge udstyr, der allerede var at finde på rumstationen.
Efter flere overvejelser fandt Torsten Neubert og Olivier Chanrion fra DTU Space på det såkaldte Thor-projekt. Projektet bestod i al sin enkelthed af, at Andreas skulle filme lyn over tordenstorme fra rummet med rumstationens eget HD-videokamera. Thor-projektet fik tildelt 2 x 15 minutter af Andreas' dyrebare tid.
Thor-projektet gik dog ikke efter planen.
Den ene årsag var, at det lille runde vindue, vi blev tildelt som fotograferingssted, blev dækket totalt af selve kameraet, så Andreas havde svært ved at pege i den bedste retning.
Den anden årsag var, at DTU Space's prognoser over de bedste storme ikke var særligt præcise, fordi de skulle leveres til ESA (Den Europæiske Rumorganisation) allerede et døgn i forvejen. Meget kan nå at ændre sig på et døgn, når det angår storme.
Efter de 2 x15 minutter havde vi ikke særligt meget at vise eller udforske.
Andreas redder dagen
Heldigvis var Andreas blevet en ven af instituttet under sin astronauttræning (hvor han også var adjunkt på DTU Space).
En dag under en pause i cupolaet (stationens vindue mod Jorden) så han, at rumstationen var på vej mod en kraftig og meget aktiv tordenstorm.
Han hentede kameraet, og i de få minutter, det tog at flyve hen over stormen, fangede Andreas noget nyt.
Andreas' film kan ses nedenfor. Her kan man se to af de mest kendte former for kæmpelyn, der ses oven over tordenskyer, de såkaldte 'gigantiske jets' og 'røde feer'. Indenfor det 3. sekund viser en 'gigantisk jet' sig og i det 20. sekund kan man se en 'rød fe'.
De enkelte begivenheder er så kortvarige, at man er nødt til at gennemgå disse sekunder ét billede ad gangen for at se deres opståen, fulde udbrud og forsvinden. ISS-kameraet eksponerede 24 billeder i sekundet.
Videoen viste noget ganske særligt
Lyn og kæmpelyn var blevet fotograferet fra rumstationen mange gange før af astronauter (se for eksempel her), men filmen, som Andreas lavede under sin pause, viste noget specielt:
Videoen viste ikke bare kæmpelyn over skyerne, men også en totalt ny slags 'blå jet', som flimrede og sprøjtede op fra toppen af skyerne gentagne gange.
Blå jets og gigantiske jets var velkendte og nogle gange fotograferet fra Jordens overflade (se for eksempel her) som følge af almindelige lyn.
Andreas' film viste dog, at sådan noget kunne opstå adskillige gange som del af en proces, der ikke blot varede nogle millisekunder, men flere minutter.
Resultatet af filmen var en videnskabelig artikel, der beskrev de nøje detaljer om kæmpelynene: 245 blå jets, 'glimter', 'starters' og 'pixies' blev set i filmen – omkring 90 per minut – og de største af dem nåede fra toppen af skyerne op til 21.5 km over skyerne.
Thor-projektet var blevet en stor succes takket være Andreas' aktive pause og viste, at et væld af opdagelser af kæmpelyn ventede en kommende mission, hvor DTU Space's eget udstyr skulle i aktion.
Ny rumekspedition: Kulminationen på 13 års hårdt arbejde
Er du blevet sulten på en til ekspedition? Så læs med videre her.
For to og et halvt år senere blev det vores avancerede instrumenters tur til at komme ud i rummet.
Det er instrumenter, som kan studere vekselvirkninger i området, hvor Jordens atmosfære møder rummet, den såkaldte Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM).
Vi kom med raketten Space-X Falcon 9 (ISS CRS-14) fra Space Launch Complex nummer 40, på Cape Canaveral i Florida. Her var Andreas med i missionskontrolcentret i Houston som 'CapCom', det vil sige som kommunikationsled til astronauterne på ISS.
På det tidspunkt havde DTU Space's ASIM-projekt været i gang i omkring 13 år med teknisk og videnskabelig hjælp fra kolleger i Bergen og Valencia samt ingeniørarbejde fra den danske virksomhed Terma A/S i Herlev.
Her var en kæmpe indsats på spil for alle de folk, der havde knoklet i mange år, og der var millionbeløb på spil for Danmark og de andre lande.
Avanceret kamera fanger kæmpelyn i Jordens atmosfære
Det primære mål for de avancerede instrumenter på ASIM er at studere de mange lyn-beslægtede fænomener, der sker ovenover verdens stærkeste stormskyer.
De mest velkendte er røde feer, elvere, og blå jets – men ASIM er bygget til at udforske noget mindre velkendt, som ikke kan fotograferes af ivrige amatører med dyre kameraer, nemlig: 'jordiske gamma glimt' (TGFs, Terrestrial Gamma Flashes).
De jordiske gammaglimt udgiver røntgen- og gammastråling, der kun kan måles af meget dyre, håndlavede kameraer og detektorer som ASIM-instrumenterne.
Hvad er effekten af røntgen- og gamma-stråling på Jordens atmosfære?
Projektet ledes af Danmark, fordi vores institut, DTU Space, er førende i verden indenfor røntgendetektorer.
Instituttet plejer at bygge disse instrumenter til astronomisk brug ude i rummet. For eksempel har vi leveret instrumenter til russernes Granat-satellit og ESA's Integral-satellit.
Vi er vant til at gå på jagt efter neutronstjerner, kosmiske gamma-glimter og sorte huller. I halvfemserne kom det første bevis for gammaglimt i Jordens atmosfære – og det var en overraskelse: Hvilken proces er stærk nok til at producere gammastråling? Og hvad er effekten af røntgen- og gammastråling på vores atmosfære, især dens kemi og strålingsegenskaber?
Derfor udviklede kæmpelyn-gruppen på DTU Space i starten af 2000'erne ideen, at de fine røntgeninstrumenter, som deres kollegaer bygger til astronomer og astrofysikere, kunne peges ned på Jorden for at måle og afbillede begivenheder i atmosfæren.
Idéen blev til ASIM.
Ekspedition førte til store gennembrud
Opsendelsen i 2018 gik efter lærebogen. Vi brugte næsten tre måneder på at tænde, teste og finjustere ASIMs instrumenter.
\ Læs mere
En af ASIM's egenskaber er, at den kan registrere 100.000 gange hvert sekund og med disse tal danne en såkaldt lyskurve. Det vil sige, at den har en meget fin tidsopløsning, som gør det muligt at følge med i de mange forskellige ultra-kortvarige processer, der sker i de mange arter kæmpelyn.
ASIMs registreringer betød, at ekspeditionen førte til store gennembrud, nemlig en forklaring på processerne, der fører til de såkaldte jordiske gammaglimt, som er så kraftige fænomener, at de er overstået på under 10 millisekunder.
Og hvorfor er de resultater vigtige? Det er de, fordi de giver en ny forståelse af atmosfærens høj-energiprocesser, heriblandt den energibalance, der bidrager til klimaopvarmning og nedkølning.
ASIM fortsætter med sine optagelser, så længe den bliver på Den internationale Rumstation. Missionen er godkendt til udgangen af 2021, og vi arbejder på at få en forlængelse indtil 2024.
Med de resultater vi har nået hidtil, er det store håb, at vores mission kan forlænges et par år til.
Læs mere i en artikel i tidskriftet Science om tilblivelse af kæmpelynene, jordiske gammaglimt, og i en artikel i Nature om blåt lyn.
Carol Anne holder i forbindelse med Forskningens Døgn 2021 foredraget 'På jagt efter kæmpelyn fra den Internationale Rumstation’. Læs mere her.
\ Læs mere
\ Kilder
- Carol Anne Oxborrows profil (DTU)
- 'Profuse activity of blue electrical discharges at the tops of thunderstorms'. Geophysical Research Letters, 2016. DOI: 10.1002/2016GL071311
- 'A terrestrial gamma-ray flash and ionospheric ultraviolet emissions powered by lightning'. Science, 2020. DOI: 10.1126/science.aax3872
- 'Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere'. Nature, 2021. DOI: 10.1038/s41586-020-03122-6
