Under Nordlysets Straaler : Skildringer fra Lappernes Land / af Sophus Tromholt. - Kjøbenhavn : Gyldendal, 1885

5. Nordlysets Høide.

Udforskningen af Nordlysets Høide over Jordoverfladen er, som det let vil forstaas, af den største Betydning for hele vor Opfattelse af Fænomenets Natur. Des værre har Nordlysets Høide længe været og er til Dels endnu et stort Spørgsmaalstegn i Naturvidenskaben. Det mangler ganske vist ikke paa Beregninger og Iagttagelser herover, men Resultaterne, især de ældre, er lidet overensstemmende og staar til Dels i stor Modstrid med hverandre.

Som Grundlag for Maalingerne har man i Almindelighed taget Buerne eller enkelte skarpt markerede Straaler, naar disse Former samtidigt er blevne iagttagne paa to eller flere, i tilstrækkelig Afstand fra hverandre liggende Steder, og den tilsyneladende Høide og Beliggenhed paa hvert af disse Steder er bleven bestemt ved Maaling eller Sammenligning med Stjærner. Paa Grund af Nordlysets ofte hurtige Forandringer baade i Udseende og Beliggenhed, er denne Methode i Almindelighed forbunden med mange Vanskeligheder og Ulemper, der vistnok for en stor Del forklarer de høist afvigende Resultater, hvortil man ved Beregningerne er kommen.

For at give Læseren en Forestilling om Principet i disse Høidebestemmelser i deres simpleste Form, skal jeg her give en kortfattet Fremstilling af, hvorledes jeg i et enkelt, bestemt Tilfælde har baaret mig ad.

Den 17de Marts 1880 blev der paa 145 af mine Stationer, hovedsagelig i det sydlige Norge, den vestlige Del af Sveriges Sydspids og i Danmark, iagttaget et større Nordlys, der især udmærkede sig ved en stor, bred Bue (eller om man vil Baand), som i længere Tid strakte sig tværs over hele Himlen fra Øst til Vest; i Bergen stod den en Tid lang i Zenith eller sydligere; paa mere mod Nord liggende Steder viste den sig mod Syd, medens den paa de Syd for Bergen liggende Stationer iagttoges paa den nordlige Himmel. Paa Grund af sin karakteristiske indre Ro og sin langsomme Stedforandring egnede denne eiendommelige Bue sig særlig godt til, saa vel at konstatere Identiteten af det paa de mange forskjellige Steder observerede Fænomén, som at kunne tjene som Grundlag for en Høideberegning. Den havde, medens den indtog sin sydligste Stilling, tilsyneladende ingen Forbindelse med de nordligere optrædende, væsentlig straalende Former, hvis uendelige Veksel i Stilling og Udseende umuliggjorde ethvert Forsøg paa at kombinere lagttagelser over dem fra forskjellige Steder. Gjennemgaar man de forskjellige Meddelelser, der foreligger over dette Nordlys, finder man, at der ikke kan være ringeste Tvivl om, at det er et og samme Objekt, en og samme Bue, der er iagttaget saa vel paa de nordligste som paa de sydligste Stationer. Jo længere man bevæger sig bort fra Buen i sydlig Retning, desto mere aftager dens iagttagne, tilsyneladende Høide, indtil den for de sydligste Punkter, for hvilke der foreligger Iagttagelser, optræder som en ganske almindelig og lav Nordlysbue. I Bergen iagttoges sydlig for Buens Begrænsning intet som helst Nordlysfænomen, fra de sydligere Steder omtales intet, der endog antyder Muligheden for et saadant, og man kan derfor med fuldstændig Vished slutte, at de i Bergen som Zenithbue iagttagne Dele af Nordlyset er de samme, der er sete paa alle sydligere Stationer, og at den i Bergen iagttagne sydlige Grænse for Buen har været Nordlysets absolute sydlige Begrænsning.

Førend man imidlertid efter de foreliggende Iagttagelser kan foretage en Høideberegning for denne Bue, maa man først søge at komme paa det rene med Retningen af dens Beliggenhed i Rummet i Forhold til de Dele af Jordoverfladen, fra hvilke den var synlig. I det store og hele taget befinder Kulminationspunktet for alrnindelige Nordlysbuer sig, som tidligere nævnt, i Retningen af hvert Steds magnetiske Nord, og selve Buerne ligger omtrent i Flugt med de magnetiske Paralleler. For den her omtalte Bue fandt jeg imidlertid paa en Maade, som det her vilde blive for vidtløftigt at omtale, at dens Toppunkt afveg omtrent 10° mod Vest fra den magnetiske Meridian, og at Buens Længderetning dannede en Vinkel paa ca. 25° med de geografiske Parallelkredse.

Beregningen af Buens Høide hviler nu paa følgende Princip, til hvis Forstaaelse der ikke udkræves større mathematiske Kundskaber, end jeg tør forudsætte hos i hvert Fald en Del af mine Læsere. Lad i Fig. 17 S og S' betegne to Iagttagelsessteder, C Jordens Gentrum og P et og samme Punkt af Nordlyset, beliggende i samme lodrette Plan gjennem S og S', og hvis Vinkelhøide over Horisonten, h og h', er funden paa hver Station. Er Iagttagelsesstedernes geografiske Længde og Brede bekjendt, kan man (efter en bekjendt trigonometrisk Formel: cos d = cos (l - l') cos b cos b' + sin b sin b', hvor l og l' betegner Længden, b og b' Breden for de to Steder og d Afstanden eller Storcirkelbuen mellem dem) finde Buen SS', der er lig Vinklen SGS'. Heraf findes atter let Korden SS' (½ SS' = sin ½ SGS'), endvidere er ∠ x = x' = ½ SCS'. Man kjender altsaa i Trekanten SPS' Siden SS' og Vinklerne PSS' og PS'S, saa at dens øvrige Stykker, f. Ex. PS, ved Hjælp af simple trigonometriske Beregninger kan findes. Kjendes PS, har man i Trekanten PSC end videre SG, der er lig Jordens Radius, og Vinkel PSG = 90° + h. Man kan deraf finde PC, og subtraheres derfra SG, faas den lodrette Høide af P over Jordoverfladen; søges ∠ PCS, faas tillige det Punkt paa Jordoverfladen, over hvilket P staar lodret (27).

Fig. 17.

Saa ganske ligetil forholder Sagen sig imidlertid i Almindelighed ikke i Praxis. Methoden forudsætter, at P ligger i samme Vertikalplan som begge lagttagelsessteder, hvad der kun sjældent vil være Tilfældet. Men den beholder dog sin Anvendelighed, selv om P blot betegner f. Ex. det øverste Punkt i en Nordlysbues Over- eller Underrand, hvis Kulminationshøide er funden paa begge Steder, forudsat at disse enten ligger i et og samme Plan lodret paa Buens Længdeaxe eller henføres til et saadant Fællesplan.

En anden Ulempe er vanskeligere at beseire. Forudsat at Buen i vertikal Retning har en betydelig Tykkelse i Forhold til sin horisontale Brede, vil ikke altid, hvad der for de forskjellige Iagttagere præsenterer sig som Buens Over- eller Underrand, kunne henføres til de samme Dele af Buen, idet den tilsyneladende Brede især for lavere Buers Vedkommende skyldes en Samvirken af baade Buens reelle Brede og dens Tykkelse. Lad a b c d Fig. 18, forestille et Tværsnit af en Bue, der iagttages fra Stederne A, B og C, idet vi antager, at Buens nordlige og sydlige Begrænsning stiller sig parallel med Inklinationsnaalen. Da vil for A og B Punktet a betegne den øvre (sydlige) Rand, for C derimod b; paa lignende Maade vil den nedre (nordlige) Rand bestemmes af Punktet d for A og B, men af c for C, etc. Lægges altsaa f. Ex. Bestemmelsen af Overrandens tilsyneladende Høide for A og C til Grund for en Beregning, vil der ikke af denne fremgaa Høiden af Overranden, men derimod af Skæringspunktet for Linierne Aa og Cb, og saaledes videre. Mange andre Variationer kan tænkes, alt efter Buens Dimensioner og Beliggenhed; dog vil i Almindelighed, naar Buen ligger paa en og samme Side af lagttagelsesstederne, de paa begge Steder observerede Rande være identiske.

Fig. 18.

Paa følgende simple Maade har jeg henført de forskjellige Iagttagelsessteder til Bergens Vertikalplan for at finde Buen SS' i Fig. 17. Buens Retning har jeg i Overensstemmelse med Iagttagelserne ladet danne en Vinkel paa 25° med Bredekredsene. Jeg har konstrueret et Gradnet i stor Maalestok i MERCATOR'S Projektion, paa hvilket de benyttede Stationer er afsatte. Igjennem Bergens Plads er der dernæst draget en ret Linie under en Vinkel paa 25° med Bredelinierne, og de forskjellige Stationers vinkelrette Afstand fra denne Linie bestemt ved Konstruktion og direkte Maaling.

De Stationer, hvis Iagttagelser er udførlige nok til, at Buens Vinkelhøide over Horisonten har kunnet bestemmes, er saa blevne kombinerede med Bergen. I det hele har jeg kunnet danne 19 forskjellige Kombinationer. De af dem fundne Høider for Buen afviger noget, skjønt ikke betydeligt fra hverandre, og tager man et Middeltal af dem alle, faas som sandsynligste Værdi for Buens Høide over Jordoverfladen 146.95 Kilometer (19.8 geogr. Mil).

Nordlys i Bossekop den 6te Januar 1839.

Det fremgaar end videre, at Iagttagelserne ikke er bestemte nok til, at man kan faa nogen Oplysning om Buens Tykkelse; den angivne Værdi maa derfor tillige anses som en Middelhøide, et Middeltal af det øverste og det nederste Lags Afstand fra Jordoverfladen. Paa Fig. 19 har jeg søgt at anskueliggjøre den oven for fundne Høide for Nordlysbuen ved at sammenligne den med andre bekjendte Høider. Nederst er fremstillet et Profil af Norge fra Bergen i Retningen Ø 25° N; Høidepunkterne her har en Høide af indtil 5000 Fod. Øverst fremstiller n n Nordlysbuen i dens Høide af 147 km.; Tykkelsen er angivet rent vilkaarligt, og rimeligvis alt for ringe. Til Sammenligning er indtegnet: a, Jordens høieste Bjærg (Mount Everest, 28,000 Fod); b, den største af Mennesket naaede Høide (GLAISHER og GOXWELL i Luftballon den 5te Septbr. 1862, 31,800 Fod); c, Cirrusskyernes sandsynlige Høide (25,000 Fod); d, August-Stjærneskuddenes Begyndelses- og Slutningshøide (115 og 88 km., 15½ og 12 geogr. Mil); e, No-vember-Stjærneskuddenes Begyndelses- og Slutningshøide (155 og 98 km., 21 og 13 Mil); f, Begyndelses- og Slutningshøiden for en stor Ildkugle, som den 4de Marts 1863 iagttoges i Holland, Belgien, England og Tyskland (134 og 26 km., 18 og 3½ Mil); endelig g, den i tidligere Tid antagne, hypothetiske Høide af Atmosphæren (10 Mil, 74 km.).

Fig. 19.

Paa det oven for antydede Princip grunder sig de fleste af de Høidemaalinger, der er foretagne. I al Korthed skal jeg endnu berøre et Par Methoder, der under visse Forudsætninger tillader at beregne Nordlysets Høide efter Iagttagelser fra kun et enkelt Punkt.

Antager man, at Nordlyset paa Himlen viser sig som en aldeles regelmæssig, skarpt begrænset Cirkelbue, og at man kjender Afstanden fra Iagttagelsesstedet til det Punkt paa Jordoverfladen, der kan anses som Midtpunkt for den regelmæssige Ring, som Nordlyset overensstemmende med den første Forudsætning maa danne - da behøver man blot paa Iagttagelsesstedet at maale Buens Høide over Horisonten og Afstanden mellem dens Fodpunkter for at have tilstrækkelige Data til Beregningen af Nordlysets Høide over Jordoverfladen; thi denne Høide bestemmer selvfølgelig Størrelsen af begge de nævnte Maal og omvendt. De svage Punkter ved denne Methode, der paa varierende Maader er bragt i Anvendelse af FEARNLET (Kristiania), NEWTON (Nordamerika) og NORDENSKIOLD (Vegareisen), men allerede i sine Grundtræk fremsat 1726 af MEYER (St. Petersborg), er dels Antagelsen af den fuldstændig regelmæssige Nordlyscirkel, dels Uvisheden angaaende Beliggenheden af dennes Midtpunkt. Medens MEYER, selvfølgelig afgjort feilagtig, antog den geografiske Pol, valgte FEARNLEY den magnetiske og NORDENSKIOLD et Punkt omtrent midtveis mellem begge.

Det er tidligere omtalt, at den ved Nordlyskronen optrædende Sammenløben af Straalerne mod et bestemt Punkt paa Himlen kun er et optisk Fænomen, og at de enkelte Straaler i Virkeligheden er indbyrdes parallele og ligeløbende med Retningen af en frit ophængt Magnetnaal. Nu har man imidlertid troet at bemærke, at Kronens Midtpunkt ofte ligger lidt mere sydlig paa Himlen end det Punkt, mod hvilket Inklinationsnaalen peger. GALLE i Breslau forklarer dette derved, at de Straaler, som danner Kronen, under Forudsætning af, at de befinder sig i en betydelig Høide, ligger langt sydligere end lagttagelsesstedet og følgelig har en mindre magnetisk Hældning end dette. Paa denne Betragtning grundlægger han en Methode til Beregning af Straalernes Høide, idet han af Ændringen i Inklinationsretningen afleder Afstanden i sydlig Retning til det Sted, over hvilket Nordlyskronen svæver lodret, og da man tillige kjender Nordlyskronens Høide over Horisonten, vil dens lodrette Høide over Jordoverfladen forholdsvis let kunne beregnes.

Sammenlignes den oven for fundne Høide for et enkelt Nordlys med tidligere Maalinger, stemmer den nogenlunde overens med de i nyere Tid beregnede Værdier for Nordlysbuens Høide, medens de af ældre Forskere angivne Resultater som oftest er i høi Grad afvigende derfra. Jeg skal her sammenstille nogle af de til forskjellige Tider beregnede Værdier.

Svenskeren BERGMANN fandt for omtrent 30 forskjellige Nordlys i Tidsrummet 1726-64 en gjennemsnitlig Høide for Nordlysbuen af 770 Kilometer (104 geografiske Mil); KRAFFT for 3 Nordlys i St. Petersborg 920, 1075 og 2090 km. (124, 145 og 282 Mil). MAIRAN fik som Resultat 900 km. (120 Mil), BOSGOVICH 1340-1630 km. (180-220 Mil). GILBERT beregnede for et Nordlys i Tyskland 1804 en Høide af 380 km. (51 Mil), medens WREDE for det samme Nordlys fandt en Høide af 1310 km. (177 Mil). O. s. v., o. s.v. I en senere Tid fandt DALTON som Høide for Nordlysbuen 160 km. (22 Mil), CAVENDISH 80-120 km. (11-16 Mil), AIRY 80-96 km. (11-13 Mil). CHRISTIE reducerede Høiden til 7 km. (1 Mil), FARQHUARSON endogsaa til 1 km. (1/7 Mil). Den franske Expedition, der i Vinteren 1838-39 opholdt sig i Bossekop, var ikke i Stand til med Sikkerhed at angive nogen bestemt Høide for Nordlyset, fordi den valgte Distance mellem begge Iagttagelsessteder (Bossekop-Jupvik, 16 km.) var for lille; imidlertid syntes forskjellige Omstændigheder at tyde paa en Høide af mellem 100 og 200 km. LOOMIS i Amerika beregnede for to Nordlys i August og September 1859 den nedre Grænse for Lysudviklingen til 70 km. (10 Mil) i det ene Tilfælde og til 25 km. (3 1/3 Mil) i det andet; den øvre Grænse i det første Tilfælde til 870 km. (118 Mil), i det andet til 810 km. (109 Mil). FLOGEL fandt for flere Nordlys i September og Oktober 1870, at Straalernes nederste Ender laa i en Høide af 300-370 km. (40-50 Mil), deres øverste Ender i en Høide af 520-820 km. (70-110 Mil). Etc., etc. FEARNLEY finder ved Hjælp af den omtalte Methode af 16 i Kristiania iagttagne Nordlysbuer en Middelhøide af 200 km. (27 Mil); NEWTON 210 km. (28 Mil); NORDENSKIOLD 190 km. (26 Mil). GALLE beregner efter sin Methode for Nordlyset den 4de Februar 1872 efter omtrent 60 lagttagelser Høider af 270-510 km. (36-69 Mil); efter 18 lagttagelser af Nordlyset den 25de Oktober 1870 Høider af 590-980 km. (80-132 Mil); han ansætter Middelhøiden til omtrent 450 km. (60 Mil), og Straalernes nedre Begyndelse til omtrent 300 km. (40 Mil).

Dette er kun faa Exempler af den store Række høist forskjellige Værdier, der foreligger; men det vil her næppe have Interesse at anføre flere. Man kan finde næsten alle mulige Værdier mellem 0 og 2000 km.

Angaaende Resultaterne af de af mig i Koutokæino i Forbindelse med Polarstationerne Bossekop og Sodankylä udførte Maalinger til Bestemmelse af Nordlyshøiden, skal jeg her fatte mig i Korthed. Dels er Observationerne fra Sodankylä endnu ikke komne mig i Hænde, dels maa Iagttagelsesmaterialet gjøres til Gjenstand for en langt omhyggeligere Diskussion og Undersøgelse, end jeg hidtil har haft Leilighed til at udføre. En foreløbig Betragtning af Observationerne Koutokæino-Bossekop har imidlertid ført mig til det Resultat, at Nordlyset i hvert Fald i disse Egne i Almindelighed optræder i en Sphære, der ligger hen imod 100 km. eller mere over Jordoverfladen. Jeg har gjennemgaaet alle de paa begge Stationer samtidig gjorte Observationer, og der forekommer ingen som helst Antydning til, at Nordlyset stundom skulde stige saa langt ned til Jordoverfladen, at det kunde være synligt paa den ene Station og ikke paa den anden, ligesom der heller ikke synes at kunne næres nogen Tvivl om, at de paa begge Steder iagttagne Former er identiske (28), selvfølgelig naar tilbørligt Hensyn tages til den forskjellige Høide over begge Stationers Horisont. Afstanden mellem Koutokæino og Bossekop udgjør i lige Linie 107 km. (14½ Mil).

Jeg har, efter det Princip, der er antydet i Forbindelse med Fig. 17, foreløbig beregnet en Række Maalinger af Nordlysbuers Underrand, og kun valgt Tilfælde, hvor der ikke kan være Tvivl om de maalte Randes Identitet; de Værdier, jeg derved har funden, er følgende, angivne i Kilometer: 76.0 - 79.9 - 84.6 - 93.6 - 97.7 - 98.2 - 99.0 - 100.0 - 100.6 - 107.0 - 116.6 - 124.1 - 124.9 - 131.9 - 141.6 - 144.9 - 149.0 - 163.6 (10-22 Mil). Tages Middeltal af samtlige disse 18 Værdier, faas som gjennemsnitlig Høide for Buernes Underrand: 113.0 km. (15 Mil).

At sige noget bestemt om de øvrige Nordlysformers Høide, Buernes Tykkelse, Straalernes Længde etc. lader sig ikke gjøre før efter en nøie Granskning af det foreliggende Materiale. Overhovedet er det ikke overflødigt at tilføie, at man ved alle Bestemmelser af Nordlysets Høide maa nøies med tilnærmede Værdier, hvad der ligefrem ligger i Sagens Natur, ganske bortset fra Maalingernes uundgaaelige Unøiagtighed; lige saa lidt som Skyerne har Nordlyset nogen absolut skarp eller uforanderlig Afgrænsning nedad eller opad, saa at man maa være til Freds med blot nogenlunde at komme til Kundskab om Beliggenheden af den Region, hvor Nordlyset optræder.

Saa vidt er man imidlertid ikke naaet endnu. Vel maa man absolut forkaste de ældre Beregninger, der førte til Høider af 100 Mil eller mere; men selv de nyeste Bestemmelser viser saa skrigende Uoverensstemmelser, at man i Grunden ikke øiner nogen Udvei til paa en skikkelig Maade at slippe ud af dette videnskabelige Uføre. De hidtil anførte Resultater grunder sig paa Maalinger; vil man ogsaa taage Hensyn til Høideangivelser efter Skjøn, faar man selvfølgelig endnu mærkeligere Ting at høre. Jeg skal anføre nogle Exempler.

I November 1865 saa to Iagttagere i Behringsstrædet Nordlyset foran et i et Par engelske Mils Afstand liggende Bjærg, saa at dettes Top var synlig oven for Nordlyset.

En anden Iagttager saa i December 1850 ved Bredden af en Biflod til Peels-River (nordlige Nordamerika) Nordlyset mellem sig og Flodens modsatte Bred.

PARRY med to Ledsagere iagttog i Januar 1825 i Port Bowen (Baffinsland) en Nordlysstraale mellem Skibet og den i 8000 Fods Afstand liggende, 700 Fod høie Kyst.

Da Mandskabet fra det forulykkede Opdagelsesskib "Hansa" i 1869-70 paa en Isflage drev langs Grønlands Østkyst, syntes Nordlyset stundom at være saa lavt, at en af Professorerne en Gang sprang i Veiret for at gribe det.

Man har end videre paa Polarreiser ment at se Nordlysstraaler mellem Skibene eller mellem Skibet og Isbjærge; man har set Nordlyset neden for Skyerne eller foran Bygninger; man har endogsaa set det skyde op umiddelbart fra Jordoverfladen ved Siden af sig.

Hvor meget eller hvor lidt der i saadanne Beretninger, hvoraf de ovenstaaende kun er ganske faa, temmelig vilkaarlig valgte Exempler, maa tilskrives Skuffelse og Sansebedrag, er ikke godt at sige. Man tør ikke uden videre forkaste saadanne exceptionelle Meddelelser, fordi man ikke selv har iagttaget noget lignende; paa den anden Side er Nordlysets Optræden af den Beskaffenhed, at et mindre skeptisk Øie let kan vildledes i sin Opfattelse af et og andet. Hvad mig selv angaar, kan jeg kun sige, at jeg under mit Ophold i Koutokæino saa vel som Vinteren efter paa Island des værre alt for ofte havde Leilighed til samtidigt at se Nordlys og Skyer paa Himlen; men uagtet al Opmærksomhed har jeg aldrig nogen Sinde set nogen Del af Nordlyset foran eller lavere end Skyerne; seLv den mest intensive Udvikling af Lys, Farver og Bevægelser foregik altid høiere end selv de tilsyneladende høieste Skyers Omraade. Lige saa lidt har jeg paa Island set nogen Antydning til, at Nordlyset stundom skulde sænke sig saa lavt, at det kan vise sig neden for Bjærgtoppe, eller foran Fjældsider; og heller ikke har jeg nogen Sinde set fremragende Gjenstande i Landskabet omgivne af en nordlysagtig Taagelysning, saaledes som det berettes fra enkelte arktiske Egne.

Skulde man forsøge at samle de mange modstridende Anskuelser og Beretninger til et sandsynligt Resultat, maatte man sige, at Nordlyset udvikler sig i meget forskjellige Høider, at dets nedre Grænse paa de fleste Steder af Jorden som oftest ligger ca. 100 km. til Veirs, men at det især i meget nordlige Egne stundom kan stige ned til langt ringere Høider over Jordoverfladen.

Naar hele det store lagttagelsesmateriale, der med Hensyn til Nordlyset er blevet indsamlet i Polarstationernes Aar, har været underkastet en omhyggelig Undersøgelse og Drøftelse, vil man sandsynligvis komme Løsningen af Spørgsmaalet om Nordlysets Høide et stort Skridt nærmere. Indtil da maa Læseren nøies med de her givne Antydninger.

27) For dem, der er noget mere fortrolige med mathematiske Udtryk, anfører jeg den Formel, hvorefter, naar h, h' og ∠ SCS' = c kjendes, ∠ PCS direkte findes: tg PCS = ( cos h' - cos ( h' + c ) ) / cos h' tg h + sin ( h' + c )

28) De af Prof. LEMSTRÖM i Sodankylä gjorte Erfaringer, der synes at pege i modsat Retning, skal jeg omtale paa et senere Sted.