Birkeland Center for Space Science (BCSS)

Denne presentasjonen er det senterleder skrev som en introduksjon til rapporten som dekker årene 2013-2023. En fyldig oversikt over hva vi har oppnådd i løpet av disse 10 årene vil man finne i denne rapporten, som kan lastes ned fra: https://birkeland.uib.no/ ------- Denne rapporten vil ikke bare dekke 2023, men alle de 10 årene som Birkeland Centre for Space Science (BCSS) har eksistert. Vi vil presentere det vi mener er det mest betydningsfulle av hva vi har oppnådd, med hensyn til: 1. Vitenskapelige gjennombrudd og høydepunkter 2. Hvordan vi har promotert disse gjennombruddene og høydepunktene til et generelt publikum 3. Vitenskapelig lederskap nasjonalt og internasjonalt 4. Instrumentutvikling både for bakkeobservasjoner og fra rommet 5. Hvordan vi har utdannet og hjulpet fram den nye generasjonen med romfysikere. Hovedideene til BCSS ble unnfanget i løpet av en helg tidlig i 2011, der Jesper Gjerløv, Kjellmar Oksavik og undertegnete møttes for 2 fulle dager med «brain storming» og intense diskusjoner. Både Jesper Gjerløv og Kjellmar Oksavik hadde nettopp blitt ansatt som professorer ved institutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen (UIB), for å bli en del av romfysikkgruppen. Ansettelsen av to nye professorer var en strategisk beslutning tatt av daværende institutt leder (Geir Anton Johansen) som en oppfølging av nylig gjennomført tiårige evalueringen av alle fysikkgrupper i Norge (2010). I denne evalueringen ble romfysikkgruppen ved UIB vurdert som en av de aller beste fysikkgruppene i Norge på bakgrunn av sin veldefinerte vitenskapelige strategi, mange meget gode studenter og at man kunne bygge på mange ti-års erfaring med utvikling av rominstrumentering vedUIB. Her skal spesielt nevnes professor emeritus Johans Stadsnes professor emeritus Finn Sørås, som begge har vært aktive medlemmer av BCSS. På bakgrunn av den daværende strategi og med innspill fra de to nyansatte professorene definerte vi i løpet av denne helgen hovedspørsmålene som vår SFF søknad skulle inneholde, samt den ekspertisen og de personene vi trengte å få med, for å besvare disse spørsmålene. Det neste skritt var å inkludere et samarbeid som var etablert noen år tidligere, mellom UIB (Hilde Tyssøy) og Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU, Patrick Espy) og dernest romfysikkgruppen ved Universitetssenteret på Svalbard (UNIS) med alle sine bakkebaserte instrumentering på Svalbard for observasjoner av rommet. Med disse folkene ombord, formulerte vi en ambisiøs visjon og hevdet ubeskjedent at vi ville bli et Senter for Fremragende Forskning (SFF) dersom vi ble tildelt den langsiktige finansieringen som Norges Forskningsråd ville tilby de som vant fram. Som vi vet, vi vant fram og var en av 13 nye sentere som fikk 10 års finansiering og kunne starte opp i mars 2013. Når man også inkluderer egenfinansiering fra UIB, NTNU og UNIS samt annen ekstern finansiering vi har skaffet i løpet av disse 10 årene har det totale budsjettet til BCSS vært på 592 MNOK (2013-2023). Hensikten med SFF ordningen er å gi langsiktig og forutsigbar finansiering slik at man kan forske strategisk for å besvare store uløste spørsmål som har stor betydning for hele forskningsfeltet. Gjennom denne aktiviteten forventes det også at nye oppdagelser gjøres og om nødvendig, presenterer paradigmeskifter når det gjelder vår vitenskapelige forståelse. Alle spørsmålene vi presenterte i vår SFF søknad var rettet mot å løse store uløste og viktige problemer som ville ha stor betydning og hadde potensiale for å gjøre viktige vitenskapelig gjennombrudd. Allerede i løpet av våre første år gjorde BCSS det svært bra, men som lederen av det vitenskapelige rådgivende styret, Alan Rodger (død 2019) uttrykte i 2015; vi hadde ikke nådd status som «excellence (fortreffelig)» kun «outstanding (fremragende)». Han endret mening noen år senere da vi hadde presentert store vitenskapelig gjennombrudd og paradigme skifte. Tiårsrapporten du kan laste ned fra https://birkeland.uib.no/ er vår dokumentasjon av hva vi har oppnådd med hensyn til vitenskap, lederskap, formidling...osv i løpet a disse årene. Så kan du bedømme selv om Alan Rodger hadde rett da han mente vi endelig hadde nådd status som «excelllence» og at vi har gjort oss fortjent til den langsiktige finansieringen som SFF ordningen har gitt oss. Selvom en tydelig og klar ledelse for et stort prosjekt som BCSS er helt avgjørende er alt som BCSS har oppnådd ikke et enmannsverk eller aktiviteten til en håndfull, men aktiviteten til alle som er vært med i BCSS. Så, for siste gang vil jeg takke alle som har bidratt gjennom disse årene som har vært ganske enestående. Jeg håper også at det vi har fått til i disse 10 årene legger et solid grunnlag for fortsatt vitenskapelig «excellence» for norsk romfysikk. Nikolai Østgaard, Leder for BCSS (2013-2023).

Dette blir sendt under "special reports"

English version The Birkeland Centre for Space Science (BCSS) will combine theoretical understanding, data analysis and instrument development to attack the primary and secondary objectives listed above. The centre will have world leading scientists in gl obal auroral imaging, ground-based magnetic/radar/optical techniques, theoretical understanding/modelling of plasma, and in designing/constructing space and ground-based instrumentation. Main deliverables are: 1) Determination of the degree and importance of asymmetries in the two polar regions to understand the complexity of the Sun-Earth system 2) A comprehensive data set of ground based measurements of current systems 3) Parameterization of the Birkeland currents on fine spatial and temporal scales, t o be used in MI coupling models 4) Parameterization of the temperature and chemical effects of energetic particles (from above and below) in the stratosphere and mesosphere, to be used in atmospheric and climate models 5) The most comprehensive set of TGF observations from new experiments 6) A model and a theory for the production mechanism of TGFs BCSS will: 1) Maximize the utilization of existing Norwegian infrastructure at Svalbard, Northern Norway as well as large investments in Cluster and ASIM. 2) Strengthen the international position of the Norwegian space physics community by making significant progress on compelling science questions 3) Bridge the historical gap between scientists focusing on the atmosphere, ionosphere and magnetosphere ther eby enabling the cross disciplinary science that is known to provide breakthrough discoveries. 4) Initiate a unique collaboration between space physicists (BCSS) and climate researchers (Bjerknes Centre for Climate Research). 5) Strengthen and further exp and our capability to develop and build state-of-the-art instrumentation for space. 6) Educate and position the next generation of Norwegian space physics scientists through ambitious educational and public outreach components Norwegian version Hovedspø rsmålet senteret skal besvare "Hvordan er jorden koplet til verdensrommet?" er ikke et nytt spørsmål, men det finnes fundamentale mangler i vår forståelse av hvordan dette henger sammen. Vi har utdypet dette gjennom fire underspørsmål. 1) Når og hvorfor e r det asymmetri mellom nordlys og sørlys? Mesteparten av vår kunnskap om hvordan de to polarregionene er koplet til rommet er basert på målinger på den nordlige halvkule, og man har antatt at den sørlige er et speilbilde av den nordlige. Vi vet nå at dette ikke er tilfelle, noe som åpner helt nye spørsmål om hvordan jorda er koplet til rommet. 2) Hvordan kan vi forbedre våre nåværende grove modeller av ionosfæren? Når vekselvirkningen mellom solvinden, magnetosfæren og ionosfæren skal modelleres, benytter man modeller av strømsystemer i ionosfæren fra 1970-tallet. Dette gir ionosfæriske grensebetingelser som er gyldige på store skalaer og i et statisk bilde. Men slik er det ikke i virkeligheten. Strømsystemene i ionosfæren er dynamiske og opererer på mange skalaer. 3) Hvilken effekt har partikkelnedbør på det atmosfæriske systemet? Energirike partikler som bombarderer jordas atmosfære avsetter sin energi dypt nede i atmosfæren i området som kalles mesosfæren, eller "ignorosfæren" fordi så lite er kjent om denne delen av atmosfæren. Denne partikkelnedbøren påvirker både temperatur og kjemi i atmosfæren. Dette kan være viktig for forståelsen av klimautviklingen. Her vil vi innledesamarbeid med klimaforskere ved Bjerknessenteret. 4) Hvilken rolle spiller ene rgirike partikler som blir sendt ut fra tordenværsområder? For 20 år siden oppdaget man at det produseres gammastråling i tordenværsystemer. For et par år siden ble det ved hjelp av lavbane-satellitter oppdaget at også relativistiske elektroner og positro ner produseres i forbindelse med lynaktivitet. Sterke elektriske felt er åpenbart involvert, men nøyaktig hvordan gammastråling og relativistiske partikler blir produsert, hvor ofte det skjer, og hvilken betydning disse har for temperatur og kjemi i atmos færen, er ikke kjent. Birkelandsenteret vil kombinere teoretisk forståelse, dataanalyse og instrumentutvikling for å angripe disse spørsmålene. Senteret består av verdensledende forskere innen global nordlysavbildning, bakkebaserte magnetfelt/radar/optisk e måle-teknikker, teoretisk forståelse/modellering av plasma, og design/bygging av bakke-og rom-instrumentering. Senteret vil levere: 1) En bestemmelse av graden og viktigheten av asymmetrier i polarlyset I de to polare områdene for å oppnå en mer fullstendig forståelse av det komplekse sol-jord systemet 2) Et omfattende datasett med bakkebaserte malinger av feltrettete og ionosfæriske strømsystemer 3) Modell av Birkeland strømmer på relevante tids- og romlige skalaer til bruk i magnetosfære-ionosfære kop lingsmodeller 4) Modell av temperatur- og kjemiske effekter fra energirike partikler (ovenfra og nedenfra) I stratosfæren og mesosfæren til b