Jak powstaje zorza polarna?
Zorza polarna to niezwykle ciekawe widowisko na niebie, które zachwyca ludzi już od wieków. Hipnotyzuje migoczącymi kolorami i zapewnia niezapomniane wrażenia. Zorza polarna występuje głównie w okolicach biegunów i na północy jest nazywana Aurora Borealis, a na południu Aurora Australis. Taki piękny widok przyciąga osoby z całego świata, które chcą na własne oczy zobaczyć być może najbardziej fascynujące zjawisko na niebie i właśnie w okolice bieguna północnego ściągają zazwyczaj turyści. Zorza polarna jest ciekawa nie tylko ze względu na to jak wygląda. Równie ciekawe są zjawiska, które ją powodują, dlatego sprawdźmy teraz, jak powstaje zorza polarna?
Zorza polarna a teoria dotycząca jej powstawania
Już od dawna wiemy, że za powstawanie zorzy polarnej odpowiadają wybuchy na Słońcu, które wyrzucają w kierunku Ziemi duże ilości cząsteczek o wysokiej energii. Są to protony i elektrony tworzące wiatr słoneczny, przed którym chroni nas pole magnetyczne Ziemi. Przechwytuje ono cząsteczki i kieruje je w stronę biegunów magnetycznych naszej planety. Protony i elektrony tam jeszcze bardziej przyśpieszają - przyczyniają się do tego fale Alfvéna, a także przenikają do ziemskiej atmosfery i wchodzą w reakcję z występującymi w atmosferze gazami. To właśnie dzięki gazom zorza polarna jest różnokolorowa, a jest to element, który najbardziej nas w niej zachwyca. Barwy zorzy zależą też od wysokości, na której te wszystkie reakcje zachodzą.
Cząsteczki gazów są pobudzane przez materię wiatru słonecznego, w wyniku czego uwalniana jest energia, emitująca promienie światła widzialnego i niewidzialnego. Jeśli następuje to na wysokości, gdzie występuje głównie tlen, to widzimy odcienie zieleni, różu i czerwieni. Reakcja z azotem przyczynia się do występowania koloru bordowego, a tam gdzie atmosfera jest bogata w wodór i hel - zorza świeci na niebiesko lub fioletowo.
Warunki, które muszą być spełnione, aby powstała zorza polarna, zostały już wiele lat temu dobrze opisane, ale do niedawna była to wciąż teoria. Dopiero parę lat temu potwierdzono to w badaniach laboratoryjnych, kiedy to naukowcom udało się odtworzyć fale Alfvéna.
Gdy teoria staje się faktem
Aby doszło do zjawiska, jakim jest zorza polarna, cząsteczki emitowane przez Słońce muszą poruszać się z bardzo dużą prędkością. Słońce cały czas wysyła w naszą stronę protony i elektrony, ale przecież zorza nie jest widoczna każdego dnia. Muszą zostać spełnione odpowiednie warunki, czyli właśnie odpowiednia prędkość cząsteczek. Gdy na Słońcu dochodzi do wybuchu, cząsteczki elementarne lecą w kierunku Ziemi z dużo większą prędkością i są jeszcze dodatkowo przyśpieszane przez fale Alfvéna. Im większy wybuch na Słońcu, tym większe prawdopodobieństwo występowania bardziej spektakularnych zórz, które będą też widoczne na większym obszarze ziemi - oczywiście przy dobrych warunkach obserwacyjnych.
Obserwatorzy zórz polarnych już od dawna sądzili, że w powstawaniu zorzy polarnej biorą udział również fale Alfvéna - jednak brakowało na to dowodów. Fale te zostały opisane w roku 1942, przez elektryka Hannesa Alfvéna i czekały od tego czasu na potwierdzenie. Są to potężne fale elektromagnetyczne, które energetyzują cząsteczki, czyli przyśpieszają je wzdłuż pola magnetycznego Ziemi. Ich rola w powstawaniu zorzy polarnej została niedawno potwierdzona badaniami.
Zespół naukowców, pod przywództwem fizyka Jima Shroedera, wykorzystał do tego urządzenie plazmowe. Jest to komora próżniowa w kształcie cylindra, długa na 20 metrów, w którym występuje silne pole magnetyczne. Udało się wygenerować w niej fale Alfvéna i udowodnić, że rzeczywiście przekazują one energię elektronom, jeszcze bardziej je przyśpieszając. Dzięki temu teraz już z całą pewnością wiemy jak powstaje zorza polarna.
Gdzie szukać zorzy polarnej?
Wiecie już, że cząstki elementarne są kierowane przez pole magnetyczne Ziemi w okolice jej biegunów i to właśnie na tych obszarach pojawiają się zorze polarne. Oczywiście łatwiej jest nam dotrzeć w pobliże bieguna północnego. Półkula północna i kraje, do których należą regiony podbiegunowe, czyli Norwegia, Islandia, Kanada czy Finlandia, są najlepszym miejscem do podziwiana Aurora Borealis. W tym celu, należy udać się na mniej zaludnione tereny, gdzie niebo nie jest mocno zanieczyszczone sztucznym światłem.
Zorze bywają widoczne nawet w całej Norwegii, ale największe szanse na to mamy za kołem podbiegunowym: na Lofotach lub w okolicach miejscowości takich jak Alty lub Tromso. Północne regiony Islandii, Fiordy Zachodnie i lodowiec Jökulsárlón również są bardzo dobrym miejscem do podziwiana tego zjawiska. To, gdzie w danym momencie występują zorze polarne, możemy sprawdzić na dedykowanych tej tematyce stronach w Internecie lub na oficjalnych portalach państwowych, np. na stronie islandzkiego instytutu meteorologicznego. Jeśli rozbłyski na Słońcu są bardzo silne, to zorza może pojawić się nawet na tak oddalonych od bieguna obszarach, jak równoleżnik 50. czy równik.
Najlepszy czas w roku na oglądanie zorzy polarnej
Zorza polarna jest najlepiej widoczna wtedy, gdy jest bardzo ciemno, więc nie może nam przeszkadzać ani światło naturalne, ani sztuczne. Lato w okolicach koła podbiegunowego wiąże się z występowaniem dnia polarnego, dlatego nie jest to dobry moment na oglądanie zórz. Możemy je natomiast podziwiać zimą, jesienią i wczesną wiosną, kiedy noce są długie i ciemne, a dnie krótkie. Na miejsce obserwacji należy wybrać oddalone od dobrze oświetlonych miast tereny, gdzie panuje ciemność. Światło Księżyca również może zakłócić nam widoki, dlatego dobrze jest też sprawdzić fazy Księżyca i unikać pełni. Zorza polarna jest wprawdzie widoczna gołym okiem, ale dla lepszych wrażeń warto użyć lornetki.
Mocne kolory, wyraźne struktury i ich ruch na nieboskłonie - to wszystko chcemy zobaczyć, gdy planujemy oglądanie zorzy polarnej. Największe szanse na właśnie takie widoki mamy w okolicach północy, aż do około drugiej w nocy i jest to związane z zachowaniem się cząsteczek. Protony obiegają Ziemię w przeciwnym kierunku niż elektrony, co wywołuje różnicę potencjału na krańcach magnetosfery. Rozbłyski Słońca mogą ją zmieniać i wywoływać indukcyjne przepływy prądu w jonosferze. Z tego względu, raczej nie zobaczymy zorzy nad ranem, a właśnie przed północą.
Zorza polarna w Polsce - czy i gdzie można ją zobaczyć?
Bywa, że zorza polarna jest widoczna nawet na terenach wysuniętych dalej na południe, więc zdarzało się, że i w Polsce mogliśmy podziwiać to zjawisko. Jest to możliwe wtedy, gdy Słońce jest najbardziej aktywne, a wybuchy niezwykle silne. Naukowcy są w stanie zmierzyć ich moc i przewidzieć zasięg występowania zórz polarnych. Mówi o tym Indeks KP, czyli wskaźnik określający aktywność promieniowania słonecznego. Jego skala jest dziesięciostopniowa i jeśli w okolicach koła podbiegunowego wskaźnik osiągnie poziom minimum 7, to mamy szansę na zorzę polarną na północy Polski. Najlepiej wybrać się wtedy nad Morze Bałtyckie, z dala od źródeł światła. Pamiętajcie jednak, że widoczność może być zaburzona chmurami i mało przejrzystym powietrzem, więc nigdy nie mamy pewności, że zorzę zobaczymy.
Zorza polarna w kosmosie
Zorza polarna nie jest zjawiskiem typowym tylko dla ziemskiej atmosfery i występuje również na innych planetach naszego Układu Słonecznego. Są one bardzo mocne na Jowiszu i zdarzają się też na Uranie i Saturnie. Potwierdzono to w ultrafiolecie i zarejestrowała to także sonda Cassini, a radioteleskopy odbierają fale radiowe typowe dla zórz polarnych z nawet bardzo odległych rejonów naszego Układu, gdzie nie dociera już światło słoneczne. My, na Ziemi mamy to szczęście, że możemy podziwiać zorze polarne "z bliska" i w całej okazałości.
Zobacz inne wpisy:
