Bølger findes nærmest overalt. Lydbølger og elektromagnetiske bølger i form af lys eller radiobølger kender alle. Fra havets overflade og langt op i atmosfæren findes også de fascinerende tyngdebølger, de kommer i mange former og størrelser.
Tyngdekraft er et forunderligt og svagt – men et utroligt vigtigt fysisk fænomen for stort set alting, bl.a. vejrfænomener, mennesker og solsystemer. Uden Jordens tyngdekraft ville du ikke kunne holde fødderne på jorden eller kaffen i koppen. Du ville ikke kunne opretholde kroppens knogle- og muskelstruktur. Det ser man når mennesker opholder sig i rumstationens vægtløshed i længere tid, de mister muskelvæv og knoglerne bliver svagere, fordi kroppen mister den stimulerende påvirkning som tyngdekraften belaster kroppen med. Livet som vi kender det på Jorden, ville have meget vanskelige, eller måske helt umulige betingelser uden tyngdekraften. Det er tyngdekraft der fastholder planeterne i stabile baner omkring Solen. Det er tyngdekraft, der til at starte med skabte Solen, i en stor kosmisk sky af især brint, der klumpede sig sammen for ca. 4,6 mia. år siden – netop på grund af tyngdekraften. Tyngdekraften er én af de fundamentale kræfter i universet, sammen med elektromagnetisme, de svage og de stærke kernekræfter. Med tyngdekraften kommer tyngdebølger, det forklares i det følgende, med en række jordnære eksempler.
Tyngdebølger ~~~ i vand
Smid en sten i en stille skovsø, ringene der bølger ud, fra det sted stenen ramte overfladen af søen, er tyngdebølger. Et stabilt lag af flydende eller svævende stof, der bliver forstyrret, vil forsøge at genskabe balancen ved hjælp af tyngde- og opdriftkræfter. Stenen, der forstyrrer den stabile overflade af skovsøen, laver en bule i den glatte overflade. Bulen rettes ud igen men lidt for meget, der skal flere op- og nedture til før balancen er genskabt, dermed er der skabt tyngdebølger.
Bølger i vand kender alle, de skabes af fx havdyr, skibe og vind, ovenstående er fra Bornholm. Månens tyngdekraft laver tidevand, de største bølger i havet kaldes tsunamier, de skabes af jordskælv og meteoritter. Den meteorit der ramte Yucatán for 65 mio. år siden (og gjorde en ende på dinosauerne) skabte formodentlig en kilometerhøj megatsunami. Unægtelig voldsommere end stenen i skovsøen, men egentlig præcist det samme – bare større.
Havets bølger ”brækker” når de nærmer sig land. Tsunamier rejser sig til store højder og kan skylle langt ind over lave landområder, med katastrofale konsekvenser for det kystnære liv.
Tyngdebølger ~~~ i skyerne
Den inderste del af atmosfæren – troposfæren, indeholder liv og vejr. Skyerne kan være formede af tyngdebølger, der fx opstår når vinden blæser over bakker og bjerge i landskabet. Opdrift i et kraftigt tordenvejr kan også skabe tyngdebølger. Den pludselige opdrift af luften, skaber bølger i de ellers stabile luftlag. Tyngdebølgerne kan forplante sig opad til de højere dele af atmosfæren. Forskere har fx påvist at en tsunami, ud over bølger i vand, også kan skabe tyngdebølger i luften, der bevæger sig flere hundrede kilometer opad i atmosfæren.
Tyngdebølger er tydelige i disse cirrusskyer. Farverne opstår ved diffraktion af sollyset i skyernes små vanddråber – såkaldt iriserende skyer. Det er faktisk ret hyppigt, at man kan se iriserende skyer og ofte med tyngdebølger. Problemet er, at de ofte er så tæt på Solen, at man ikke bryder sig om at kigge i den retning. Man SKAL jo også passe på øjnene. Endnu højere liggende polar-stratosfæriske skyer (PSC) har som regel også denne farvebrydning samt tyngdebølger, de kaldes for perlemorsskyer og er ret sjældent set på danske breddegrader.
Disse højtliggende bølgende cirrusskyer består af iskrystaller, der bryder sollyset og frembringer en lysende halo – ring omkring Solen. Cirrusskyer formes ofte af vind som her, men i nogle tilfælde med rolige vindforhold også af tyngdebølger.
Kondensationsstriber fra fly kan i tør luft forsvinde meget hurtigt igen. Nogle gange danner de meget store aflange fugtige skystriber, der er ret stabile og kan modelleres af tyngdebølger eller inversionslag med forskellige luftstrømme.
Bølgernes længde kan variere temmelig meget. Disse er meget korte og danner smalle tætte striber, nærmest som om skyen var friseret med en kam.
Kelvin-Helmholtz-bølger i en kondensationsstribe.
Sollysets spil efter solnedgang, i denne kondensationsstribe afslører en smuk tredimensionel bølgestruktur. Seniorklimatolog John Cappelen & pensioneret meteorolog Leif Rasmussen DMI forklarer hvad der sker, herunder er der et uddrag, se hele historien på DMI.
“Contrails kender vi alle sammen. Det er de skinnende, hvide kondensationsstriber af iskrystaller, som højtgående fly efterlader sig på himlen, når visse atmosfæriske betingelser er opfyldt. Kravet er bl.a. en lufttemperatur på -40 grader eller lavere, som vi om sommeren typisk finder i en højde på ca. 10 kilometer. Er fugtighedsgraden lav, eksisterer striberne ganske kort, eller de opstår slet ikke.
Jesper Grønnes cirrusskyer hidrører med stor sandsynlighed fra fly. Bølgemønstret er et mønster, der normalt ses i naturlige skyer, betegnelsen for mønsteret er Kelvin-Helmholtz-bølger. Mønstret fremkommer, hvor varm luft overlejrer koldere luft, som har en højere massefylde, og hvor der samtidig optræder en forskel i vindhastighed og/eller vindretning mellem de to luftmasser.
Med den rette kombination af massefylde og vind luftmasserne imellem opstår bølgedannelser, der svarer til havbølger, som brydes. Flyet har altså passeret gennem et lag med disse rette egenskaber. Flyet har så at sige ‘leveret sporstoffet’ (vanddampen), men ikke selv bidraget til mønstret. Det næsten samtidige satellitbillede nedenfor viser et noget rodet mønster af blåhvide cirrusskyer og kondensationsstriber.”
Tyngdebølger ~~~ i den øvre atmosfære
Over troposfæren og stratosfæren findes mesosfæren og termosfæren. I mesosfærens allerøverste lag – mesopausen, kan der lejlighedsvis om sommeren dannes et ganske tyndt lag af iskrystaller.
Lysende natskyer
I en højde af ca. 83 km. over jorden, dannes disse tilbagevendende ”rumskyer” kaldet lysende natskyer. Efter midnat og efter midsommer er det bedste tidspunkt at se lysende natskyer. Solen befinder sig ikke langt under horisonten mod nord, derfor kan sollyset ramme det meget højtliggende tynde lag af iskrystaller og fremkalde de nærmest sølv-skinnende lysende natskyer.
Lysende natskyer ses ofte med de karakteristiske tyngdebølger, der frembringes af forstyrrende kræfter (bølger) fra den lavereliggende stratosfære og mesosfære. Lysende natskyer er et smukt sommerfænomen på himlen, nogle gange kan man se dem bølge over himlen til den lyse morgen. På billedet ses både korte og lange tyngdebølger.
Set fra rumstationen fornemmer man, at de lysende natskyer blot er et ganske tyndt lag af oplyste iskrystaller, der svæver rundt deroppe på grænsen til rummet. (foto: NASA)
Ovenfor ses en time-lapse video, med en hel nats forestilling på himlen, med bølgende lysende natskyer og masser af tyngdebølger. Se en mindre version i et nyt vindue (5MB).
Airglow
I området omkring og over mesopausen dannes et lysfænomen kaldet ”airglow” – eller luftglød, en svagt lysende glød højt oppe i luften.
Tyngdebølger afslører den meget svage airglow over Danmark øverst i billedet. Det grønne skær derunder er nordlys over Norge, ca. 800 km. længere nordpå. Det var en usædvanlig klar aften den 24. januar 2012, samme aften fotograferede norske forskere bølgestrukturer i det nordligste Skandinavien, der muligvis er et helt nyt fænomen – bølger i airglow, skabt af nordlys.
Selv om tyngdebølger nedefra kan nå helt op i nordlyshøjde, er det usandsynligt at de kan forme selve nordlyset nævneværdigt. Jordens magnetfelt spiller en meget større rolle i modelleringen af nordlyset, det er simpelthen større kræfter der er på spil. Tyngdebølger har en ret svag påvirkning, og de påvirker og former derfor typisk kun stabile lag i god balance (som airglow og lysende natskyer). Forskere arbejder på, at undersøge om der kan være en sammenhæng mellem nordlys-aktivitet, airglow og bølgestrukturer i den øvre atmosfære. Altså om nordlysaktivitet oppefra kan skabe bølgestrukturer i airglow, noget tyder på at det kan være tilfældet.
I ovenstående billede fra 22. januar 2012, er der ret markante tyngdebølger på himlen. Der er flere mulige forklaringer på disse bølger ifølge norske nordlysforskere, der har kigget på optagelserne. De kan skyldes; 1. nordlys der skaber tyngdebølger; 2. nordlys der oplyser eksisterende tyngdebølger; 3. nordlysets opvarmning der laver en termisk vindtunnel, der former en bølgestruktur i synsretningen; 4. at nordlyset selv indeholder strukturerne, forårsaget af en eksotisk plasma bølge; 5. og sikkert mange andre mulige forklaringer. Forskerne kan ikke komme en forklaring nærmere, uden yderligere optagelser og undersøgelser, der kan eliminere nogle af mulighederne og styrke andre.
Tyngdebølger ~~~ i universet
Udenfor vores lille planet findes tyngdebølger også – ifølge Einsteins forudsigelser i hvert fald. Kosmiske tyngdebølger i universet kan teoretisk opstå fx når 2 sorte huller smelter sammen eller en stor masse accelereres meget hurtigt, men de er meget svage og svære at detektere. Forskere arbejder på at påvise dem, for den gode Albert Einstein plejer jo at have ret, når han teoretisk forudsiger noget relativt.
Det er i øvrigt ikke kun skyerne på Jorden der har bølger. På gasplaneten Jupiter ses masser af bølger samt turbulens i skybælterne.
Nærbillede af Jupiters skybånd. (foto: NASA)
Billeder eller påvisning af de forudsagte kosmiske tyngdebølger i universet må vi vente på lidt endnu. De er der jo nok, men forskerne skal lige finde ud af hvordan de påvises, der skal mere end et almindeligt spejlreflekskamera til. Forskere arbejder med gigantiske laserinterferometre, der forhåbentlig kan registrere de meget svage kosmiske tyngdebølger, måske kan man dermed få en bedre forståelse for hvad der egentlig skete i tidernes morgen – dén gang med BIG BANG du ved…
