Utfordringene som venter Asgeir, er knyttet til kunnskapstilegnelse om radaranlegget i Fairbanks. Det første radaranlegget i verden som er i stand til å observere at ladede partikler fra solen møter jordas magnetfelt, for så å lede partiklene inn i atmosfæren ved polare breddegrader. Antennene peker i tre ulike posisjoner sekvensielt og observerer hastigheten til ladede atom. Teknikken omtales som inkoherent spredning, og er den samme som ble benyttet ved EISCAT (European Incoherent SCATter) da det første anlegget stod ferdig på Ramfjordmoen i Tromsø kommune i 1981. Sammen med EISCATs første direktør, Tor Hagfors, er Brekke den eneste i Norge som tilegner seg denne kompetansen i forkant av etableringen i Norge.

Allerede da Brekke mottar brevet av Leer er han klar over at storutbyggingen og etableringen av EISCAT radarsystem snart blir et faktum hjemme i Norge.

I 1969 møtes en gruppe nordiske eksperter innen nordlys- og ionosfæreforskning ved Universitetet i Oulu i Finland. Målet er at de europeiske forskerne skal ta tilbake hegemoniet ved å legge planer for en moderne inkoherent spredningsradar, plassert i hjertet av Skandinavia.

I nordlyssonen

Planen fører til et felles prosjekt med Finland, Frankrike, Norge, Sverige og Tyskland. EISCAT blir dermed en naturlig følge av nordlysforskningen med røtter langt tilbake i tid.   

Asgeir Brekkes samarbeid med Peter M. Banks viser seg å bære frukter. Den norske unge forskerens studier plasseres i skjæringspunktet mellom teori og praksis, men den teoretiske delen av forskningen er kompleks. 

– Forskningsgruppen tok også imot meg på en svært bra måte. Banks bidro til at jeg fikk en bedre forståelse av teorien. De var veldig tålmodige og viste stor tillit ved å svare på spørsmål, til tross for min uvitenhet, sier Brekke.

Hans vitenskapelige aktivitet omhandler ionosfærefysikk, spesielt koblingen mellom ladede og nøytrale partikler. Boka Physics of the upper polar atmosphere, skrevet av Brekke selv, beskriver noen av de fysiske prosessene som finner sted i ionosfæren, i de høydene hvor nordlysene forkommer. Dette innebærer blant annet en beskrivelse av de nøytrale vindene, de elektriske ledningsevnene og de elektriske feltene i dette høydeområdet. Videre har han også beregnet elektriske strømmer. Ut fra de målte verdiene av disse parameterne, har han med bakgrunn i data innhentet med inkoherent spredningsradar, kunne sammenligne disse med magnetiske forstyrrelser. Forstyrrelsene er særlig relatert til nordlysutbrudd.

– Om Birkeland hadde hatt tilgang til den samme infrastrukturen som meg, ville han antagelig ha utført lignende studier. Jeg var opptatt av det optiske nordlyset. Jeg stilte meg spørsmål som; hvordan lages det? Hva kommer fargene av? spør Brekke.

Våren 1974 inviterer Peter Banks til symposium i Yosemite National Park. Asgeir får æren av å holde foredraget «Ionospheric Currents and Magnetic Pertubation», før han og de andre forskerne leker seg på ski i lunsjpausen i Badger Pass.

– Jeg fikk presentere noe av arbeidet jeg hadde gjort denne dagen. Det er faktisk bare et par år siden jeg så denne videoen for første gang selv, sier han. 

Se foredraget her:

I 2014 var det 40-årsjubileum, og igjen ble det invitert til et symposium i Yosemite med de samme forskerne. Inkludert Asgeir.  

Oppholdet i UCSD og samarbeidet med Standford Research Institute (SRI) er bestemmende for Asgeirs videre vei som forsker.

Med bakgrunn i data hentet fra radaren skriver han flere vitenskapelige artikler som får anerkjennelse av kjente forskere, verden over. Det unike med disse observasjonene er informasjonen som belyser den ionosfæriske delen av nordlysforskningen.

– Det var herlig å være der og noen ganger tenker jeg tilbake på det som en drøm, sier Brekke.

Engasjementet i Alaska opphører i 1974, og med seg hjem har han en bunke med egenprodusert forskning som legger grunnlaget for graden doctor philosophia. Forskningen blir godkjent, og han disputerer i november 1974. Samme år blir han ansatt som førsteamanuensis ved Nordlysobservatoriet, men allerede i 1976 er Asgeir fast ansatt ved Universitetet i Tromsø.    

De forunderlige detaljene gjenstår

I 2018 finnes det mye kunnskap om fysikken bak fenomenet nordlyset, men Asgeir mener det fortsatt finnes detaljer som forskerne ennå ikke klarer å forstå. Det vil Magnar Gullikstad Johnsen gjøre noe med.   

Fysikerne i Tromsø har siden 1970-tallet vært blant hoveddrivkreftene i det multinasjonale EISCAT-prosjektet. Brekke har vært sentral i oppbyggingen av fysikkmiljøet ved Universitetet i Tromsø, og særlig i byggingen og utviklingen av EISCAT anlegget på Ramfjordmoen, som har vært svært viktig for den vitenskapelige aktiviteten ved Institutt for fysikk og teknologi.

European Incoherent ScaTter (EISCAT) blir opprettet som organisasjon i desember 1975, og er et samarbeidsprosjekt mellom Norge, Sverige, Finland, Japan, Kina, Storbritannia og Tyskland.

Den 26. august 1981 blir anlegget åpnet av Kong Karl den XVI Gustaf ved en seremoni i Kiruna.

Viktigheten av gode relasjoner

Gjennom sin forskerkarriere har Asgeir blitt en bereist mann, og det blir ofte nevnt at han er flink til å skape relasjoner til mennesker han møter på veien. På 90-tallet, på en av hans reiser til den europeiske storbyen Paris, kommer han seg ikke hjem igjen på grunn av flystreik. I slike situasjoner er det naturlig for Asgeir «å slå av en prat». Han blir stående og snakke med en annen nordmann som tilfeldigvis arbeider ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Sammen bestemmer de seg for å leie bil og kjøre sammen til Brussel, hovedstaden i Belgia, for raskere å kunne komme seg hjem. På reisen lærer Brekke at mannen også er kontaktperson for Sasakawa Foundation, som støtter forskning og studiereiser innen en rekke fagområder. Siden han får reise til Brussel med den norske forskeren, mener han at han står i gjeld til Brekke.

Senere, da Asgeir søker støtte gjennom Sasakawa Foundation til å reise til Japan, blir søknaden innvilget og han kan ta med seg hele familien på en lang reise. Foruten om Japan er de innom både Hawaii og California. 

– Det jeg lærte av alle de internasjonale turene vi foretok, var at det var lurt å ha med seg kone. Det åpnet andre dører, minnes han.

Vertene blir nødt til å tenke kreativt og annerledes.

– Å ha med seg kona, førte til at jeg kom i kontakt med mennesker på en helt annen måte. Reisene handlet dermed ikke bare om å studere fysikk, men utviklet seg til noe større enn bare det, sier Asgeir.

Tidlig på 90-tallet tar ledergruppen i EISCAT kontakt med sine kolleger i Japan, for å diskutere mulighetene for et felles prosjekt på Svalbard. I 1996 blir det europeiske prosjektet til et eurasisk prosjekt da Japan søker medlemskap i EISCAT ved å bidra med en ekstra antenne på EISCAT Svalbard Radar, Gruve 7. 

– Jeg reiste til Japan i sju år for å få til dette samarbeidet. Min evne til å skape et kontaktnettverk, førte til at EISCAT ble attraktivt også i land utenfor Europa, forteller Asgeir.

En stjerne i Japan

Jarle Aarbakke, som nå er varaordfører i Tromsø kommune, var rektor ved UiT i elleve år fra 2002 til 2013. I sin tid som rektor var han i 2003 med på en delegasjonsreise til Tokyo, ledet av daværende statsminister Kjell Magne Bondevik. Han ble svært overrasket over mottakelsen følget fikk i Japan.

– Jeg husker godt at Asgeir Brekke ble behandlet som en stjerne i Asia på grunn av sin nordlysforskning og arbeidet han bedrev ved EISCAT, sier Aarbakke.

Aarbakke ble etter hvert nokså godt kjent med Brekke som fagmann, og beskriver ham som dedikert innen vitenskap og med en sterk lidenskap til fysikkens verden. 

– Jeg var aldri i tvil om at hans evne og vilje til å bygge relasjoner i et internasjonalt og kompetitivt perspektiv betydde mye for universitetets internasjonale anerkjennelse, sier Aarbakke.

Suksessen med EISCAT vekker også oppsikt i Kina, og i 2006, etter en rekke møter, slutter også landet i Øst-Asia seg til samarbeidet. I 2008 lykkes Asgeir Brekke, som da var leder av EISCAT, også med etableringen av en samarbeidsavtale mellom EISCAT og Instituttet for Arktisk og Antarktisk Forskning i St. Petersburg. Det tok 30 år å få Russland med i prosjektet. 

 – Dette enestående internasjonale forskningsprosjektet i nordområdesammenheng, viser tydelig hvordan et skandinavisk initiativ har fenget global faglig interesse. Som forskere har vi med god hjelp fra UiT og norske myndigheter, fått mulighet til å bidra til økningen av den internasjonale deltakelsen både i og utenfor Europa, sier Jarle Aarbakke. 

Endrer kommunikasjonen på jorda

I 70-årene handlet nordlysforskning mye om grunnforskning i fysikk, mens i 2018 handler slike studier mer om hvordan man kan anvende den kunnskapen man på den tiden fant fram til.

I juni 2017 offentliggjøres det at oppføringen av det nye EISCAT_3D skal igangsettes. Infrastrukturen er av stor betydning for utforskning av den øvre atmosfære, og består av et nytt radaranlegg som skal benyttes til å studere nordlyssonen.

Prosjektet har en prislapp på omlag 700 millioner norske kroner og er et spleiselag mellom medlemslandene.

Navnet EISCAT_3D har bakgrunn i det avanserte forskningsutstyret, som utgjør 10 000 antenner og en spesialisert infrastruktur for databehandling, og skal plasseres på hovedstasjonen i Skibotn i Troms, nær Kiruna i Sverige og nær Kaaresuvanto i Finland.

Med den nye teknologien til installasjonen EISCAT 3D vil det være mulig å oppnå en forbedring av rom- og tidsoppløsning, som vil øke fysisk forståelse av samfunnsutfordringer assosiert med romvær og klima. Man vil videre kunne overvåke romsøppel og studere objekter som asteroider nær jorda. Spesielt interessant er det hvordan såkalt romvær påvirker telekommunikasjon på jorda.

Om forskerne skal kunne forklare noe av den innvirkningen solen har på den øvrige atmosfæren, må observasjonene foregå i mer enn 11 år, siden solflekker har en gjennomsnittlig syklus på om lag 11 år. Målet er at observasjonene i hvert fall skal vare i to sykluser, altså i 22 år.

EISCAT er likevel ikke den eneste installasjonen som har hatt stor betydning for nordlysforskningen i Nord-Norge. I 1962 blir Andøya Space Center (ASC) (tidligere Andøya rakettskytefelt) etablert. Senteret som ligger på Andøya i Nordland fylke, har en sentral rolle i oppskytingen av forskningsraketter og ikke minst studier gjennom vitenskapelige ballonger. Siden oppstarten på 1960-tallet har det blitt skutt ut om lag 1000 raketter for nordlys- og atmosfæreforskning ved ASC.

Gullikstad Johnsen mener ASC og EISCAT kan sees på som komplementære senter, som på ulike måter bidrar inn i nordlysforskningen.

– Hovedforskjellen mellom anleggene er hvordan man samler inn data. Ved EISCAT og andre bakkeinfrastrukturer hentes det data over lange tidsperioder, mens rakettene flyr gjennom noe man ønsker å måle og gir en høyere oppløsning, forklarer han.

Studenter ved Institutt for fysikk og teknologi kurses jevnlig ved senteret, og Tromsø Geofysiske Observatorium har et magnetometer på rakettskytefeltet.

Fremtiden i Nord-Norge

Magnar Gullikstad Johnsen arbeider nå ved Tromsø geofysiske observatorium, en forskningsinstitusjon under Fakultet for naturvitenskap og teknologi ved UiT. Den unge forskeren har det vitenskapelige ansvaret for de geomagnetiske målingene i Norge som utføres av Tromsø Geofysiske Observatorium ved UiT. Observasjonene utgjør et nettverk av rundt 20 magnetometre, som strekker seg fra Karmøy i sør til Ny-Ålesund i nord, og på eksotiske lokasjoner som Jan Mayen, Grønland og Tristan da Cunha, en øy i Sør-Atlanterhavet.

Magnar har bakgrunn fra optiske studier av dagnordlys. Den type nordlys som Asgeir observerte på Svalbard i mørketiden.

– Jeg har også et aktivt nordlyskamera stående i Skibotn, sier han. 

Sammen med forskere fra Belgia og Frankrike samarbeider han om å måle polarisasjonen til elektromagnetiske strålinger (emisjoner) i nordlyset.

– Vi har funnet ut at det grønne lyset ikke er polarisert, mens det røde og blå er det. Det er også interessant at vinkelen lyset er polarisert med, ser ut til å være parallell med magnetfeltet i den høyden som nordlyset befinner seg i, forklarer Magnar.

Dermed kan det se ut til at den internasjonale forskningsgruppen er i ferd med å utvikle en metode for å måle magnetfeltet i nærheten og inn i nordlyset, i en høyde som tidligere har vært utilgjengelig.

Kommer nærmere nordlyset

Magnar er også en av forskerne som har fått tildelt midler av Forskningsrådet. Tittelen på prosjektet er "The mesospheric sodium layer as a remotely, optically pumped magnetometer for investigation of Birkeland currents".

I atmosfærens øverste luftlag finner man mesosfæren. Der eksisterer det en betydelig mengde natrium, rester av meteorer som har fordampet på veien inn i atmosfæren. Om laserlys rettes mot dette laget av natrium, skapes et tilbakespredt lys og det anskueliggjøres en lysende flekk om lag 90 kilometer over bakken.

Via et pulserende laserlys, kalt Larmorfrekvens, vil det kunne komme tilbake mer lys enn om man ikke bruker en slik frekvens. Larmorfrekvensen bestemmes av magnetfeltets styrke i natriumlaget, og det er følgelig mulig å bestemme magnetfeltet ved å måle hvilke frekvens som gir mest lys tilbake.

– Mesosfæren er et svært utilgjengelig sted, for høyt for å nås med ballong og for lavt for å nås med satellitt. Derfor er det bare rakett som er alternativet, om man ønsker å måle der. Raketter gir dessverre ikke kontinuerlige målinger, men bare noen punktmålinger på vei opp og ned. Med laser som fjernmålingsteknikk, kan vi derimot få til kontinuerlige målinger, i alle fall så lenge det er skyfritt, legger den Gullikstad Johnsen til.

I dag ligger mesosfæren svært nærme området der nordlyset opptrer. Det betyr at lasermålingene sonderer svært nær de elektriske strømmene i nordlysbuene, fra 80 til 100 kilometer over bakken.

– Dette står i kontrast til hva det er mulig å observere med et magnetometer nede på bakken. Kanskje vil vi oppdage flere detaljer i fremtiden, sier Magnar.  

Prosjektet er ikke kategorisert under anvendbar forskning, men betegnes som grunnforskning og er det første av sin sort. I fremtiden er det likevel mulig at denne typen målinger kan hjelpe til med å finne svar på hva man egentlig ser ved hjelp av ESICAT_3D.

Det kanskje mange ikke vet, er at nordlysforskerne også bidrar i olje- og gassindustrien, for å gjøre boringen i berggrunnen etter råolje og gass enklere og mer presis. I Tromsø har forskerne bidratt med denne kompetansen i flere tiår. Opplysninger om forstyrrelser i romvær, kan hjelpe boreselskaper til å utføre retningsboring. Når man borer etter råolje, borer man ofte horisontalt inn i reservoaret. Boret er utstyrt med et magnetometer, slik at man vet hvilken retning man borer i. Når nordlysaktiviteten er sterk, skjer det ofte at magnetfeltet endrer seg så mye at man borer i en annen retning enn først antatt.

– Oljeselskapene har stor nytte av å vite om nordlysutbrudd, og vi varsler dem når vi ser slik aktivitet, forteller Gullikstad Johnsen.

Ny teknologi gir flere muligheter

Forskerne ved TGO er i større grad en tidligere opptatt av detaljer, særlig fordi teknologien har åpnet for å studere dette nærmere.

– De ligningene som ble satt opp i løpet av 1970-, 80- og 90- tallet, gir kvalitativt sett et riktig bilde av hvordan virkeligheten er, men det gjenstår noen detaljer i disse ligningene som vi er nødt til å fortsette å studere, forteller Gullikstad Johnsen.

Magnar forklarer at om man kjører en satellitt i den høyden hvor nordlyset oppstår, kan man foreta en måling. Det som blir målt avhenger av hvor satellitten befinner seg og den beveger seg ni kilometer i sekundet. Spørsmålet er om de variasjonene som registreres i dataene er forårsaket av noe som endrer seg i tid, eller om variasjonene forårsakes av noe som endrer seg i posisjon. Svaret kan noen ganger være begge deler.

– Dette er ofte en stor utfordring for dem som arbeider med satellitter og raketter. Man kan isolere de to forholdene ved hjelp av fjernmålingsteknikker og bakkebaserte instrumenter som et magnetometer, et nordlyskamera eller radioteknikker. Likevel er disse instrumentene plassert langt vekk fra nordlyset og klarer dermed bare å fange opp punktmålinger, forklarer Magnar Gullikstad Johnsen.

– Hvilke vitenskapelige fremskritt er gjort etter Asgeirs tid som forsker?

– Det meste av det vi kan, har vi egentlig lært av Asgeir og andre foregangsmenn. Graden av nybrottsarbeid blir mindre og mindre, jo eldre et forskningsfelt er, sier Magnar.

Om geomagnetiske solstormer fritt kunne bevege seg mot jorda uten noen form for motstand, ville den med sin kraft kunne ødelegge alt levende på jorda. Men planeten jorda, som er den tredje i vårt solsystem har en egen forsvarsmekanisme – et usynlig kraftfelt. Det er dette som er magnetosfæren.

De magnetiske polene forflytter seg

Siden pionertiden innen nordlysforskning, har sammenhengen mellom jordas magnetfelt og nordlysets bevegelser blitt mer forståelig. Men om nordlyset er i konstant bevegelse, vil det noen gang kunne forsvinne fra Norge? 

Nordpolen og Sydpolen har ikke bestandig vært slik vi kjenner dem. Jordas magnetfelt påvirker polenes posisjon og endrer seg gradvis over tid. For 780 000 år siden var Nordpolen Sydpolen og motsatt. Dette har angivelig skjedd flere ganger i løpet av jordas historie. 

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), som er en vitenskapelig etat underlagt det amerikanske Handelsdepartementet, opplyser på sine sider at jorda i dag er inne i en periode med fallende magnetfeltstyrke. Det er likevel umulig å anslå om eller når en magnetisk reversering vil oppstå.

Med bakgrunn i målinger tilbake til 1850, er det likevel noen som hevder at magnetfeltet vil fortsette å være fallende i 1300 år fremover. Dagens styrke er likevel høyere enn den har vært de seneste 50 000 årene, og reverseringen kan skje når som helst. NOAA opplyser videre at om det er slik at en reversering allerede har begynt, vil det ta flere tusen år for jorda å fullføre en slik prosess. Det forventes likevel at jorda fortsatt kommer til å ha et magnetfelt, men at en slik endring vil kunne påvirke til dårligere radiokommunikasjon, navigasjon med magnetisk kompass vil bli vanskelig, og dyr kan bli desorienterte.

Forsker Magnar Gullikstad Johnsen forteller at ved flere tilfeller i 2016 har spermhval svømt på grunt vann i Storbritannia, Frankrike, Nederland og i Tyskland. Et av stedene hvor dette forekom var i Nordsjøen ved Friedrichskoog, nord i Tyskland. Det spesielle er at spermhvalen normalt sett ikke oppholder seg i dette området. Årsaker til hvalstranding, altså når hvaler svømmer på land og ikke selv klarer å ta seg ut på dypt vann igjen, har blitt skrevet mye om. I studien «Solar storms may trigger sperm whale strandings: explanation approaches for multiple strandings in the North Sea in 2016» skrevet ved Cambridge University, fremkommer det at jordas magnetfelt angivelig har påvirket hvalens evne til å navigere rett vei.

– Forskerne antar at det var en stor geomagnetisk storm, altså aktivt romvær, som førte til at hvalene ble desorienterte. Istedenfor å treffe på den magnetiske veggen og følge den, svømte de dermed inn på land nord i Tyskland, forklarer Gullikstad Johnsen.

Observatorieleder ved Tromsø Geofysiske Observatorium, Chris Hall, er en av forskerne som deltok i denne studien.

For bedre å kunne forstå sammenhengene mellom eventuell reverserte poler og nordlysovalens bevegelser, er det derfor vesentlig å skille mellom ulike betegnelser som; de geografiske polene, de magnetiske polene og de geomagnetiske polene. Noen har hevdet at nordlyset vil forsvinne sørover, men har angivelig tatt feil mellom de geomagnetiske polene og de magnetiske polene.

– De geomagnetiske poler er definert ut fra jordas magnetfelt. De magnetiske poler flytter seg raskere og vil om få år nærme seg Russland, sier han.

– Betyr dette at nordlyset kan forsvinne sørover i løpet av vår levetid?

– Noen hevder at nordlysovalen er i ferd med å flytte seg sørover, dette er sterkt overdrevet. Nordlysovalen er orientert i henhold til den geomagnetiske polen – stedet hvor en dipol-representasjon av jordas magnetfelt skjærer gjennom jordoverflaten. For tiden befinner den seg på Baffin Island i Canada, forklarer Magnar.

– I et lengre tidsperspektiv, tror du noen gang nordlyset forsvinner fra Nord-Norge?

– Endringer i jordas magnetfelt forårsaket av prosesser i jordas indre, har vi ikke så god kjennskap til, men endringene får polene til å vandre, noe som igjen fører til at nordlysovalen “følger etter”.

Les også: Fra vitenskap til turistmagnet

Nordlysovalens stadige endring

Bevegelsen av nordlysovalen er ikke noe som aktivt overvåkes i dag. Dette er fordi driften av de geomagnetiske poler er så langsom at nordlysovalen ikke har beveget seg nevneverdig, i løpet av de siste 100 årene.

Da nordlysobservatoriet ble etablert i 1930, lå ovalen rett utenfor kysten av Nord-Norge og nordover, og det gjør den fremdeles. Likevel er den i stadig endring, både i plassering og i størrelse, på grunn av vekselvirkning med solvinden. Ved såkalte geomagnetiske stormer, når jorda kommer inn i utbrudd fra solen, utvider ovalen seg og kommer til syne lengre sør. Solen varierer i en 11-års syklus, og derfor vil man også observere nordlys lengre sør i samme syklus.

Det er likevel mye som tyder på at nordlyset ikke alltid har vært like aktivt i Nord-Norge. Den norske teologen og dikteren Petter Dass (1647–1707) fra Alstahaug i Nordland, så angivelig aldri dette fenomenet. Hans mest kjent verk «Nordlands trompet», skildrer den mektige naturen, folket og ikke minst værforholdene i Nordland. Det spesielle er likevel at Dass aldri skrev om nordlyset. Ifølge Asgeir Brekke kan dette ha en naturlig forklaring, ettersom solen var meget passiv i årene fra 1640-1710.

– Det var nesten ikke solflekker i denne perioden. En slik passivitet førte angivelig til færre solstormer mot jorda som igjen førte til lav nordlysaktivitet. Ser man på statistikken over nordlys, er det også få nedtegnede observasjoner på denne tiden, forteller Asgeir Brekke.