Polarna svetlost

Polarna svetlost (lat. aurora polaris) je svetlenje noćnog neba, obično u polarnim zonama. Na severu se naziva aurora borealis (lat. aurora borealis), a kada se javi na Južnom polu aurora australis (lat. aurora australis). Pošto su obe aurore istog porekla naučnici pojavu nazivaju 'polarna aurora' ("aurora polaris" - lat. severna zora). Ime 'severna zora' je nastalo od utiska koji se stiče pri pojavi aurore, posebno gledano iz Evrope - na severnom horizontu se ukazuje crvenkasta svetlost kao, na istoku, u zoru, pred izlazak sunca.

Slike aurore iz celog sveta, uključujući one sa ređim crvenim i plavim svetlima

Mehanizam nastanka aurore

Aurora borealis

Aurora Borealis

Aurora borealis

Danas je poznato da auroru izazivaju elektroni sa energijama u opsegu 1-15 keV, tj. elektroni koji su ubrzani naponom od 1000 V do 15.000 V. Svetlost nastaje kada se ti elektroni sudaraju sa atomima u gornjim slojevima atmosfere, obično na visinama 80-150 km. U svetlu preovlađuje emisija atomskog kiseonika - zelenkasta linija na 557,7 nm i (naročito kod elektrona niže energije i na većim visinama) tamnocrvena linija na 630,0 nm. Obe linije potiču od zabranjenih prelaza atomskog kiseonika sa energijskih nivoa koji su (u odsustvu sudara) stabilni čime se objašnjava sporo paljenje i gašenje (0,5 - 1 s) aurorinih zrakova. Mnoge druge spektralne linije takođe su zastupljene, naročito one molekulskog azota, i one se pale i gase mnogo brže, otkrivajući pravi dinamički karakter aurora.

Aurore takođe mogu da se opaze u ultraljubičastom (UV) delu spektra, što se posebno dobro registruje iz svemira (ali ne i sa zemlje jer atmosfera apsorbuje UV zrake). Svemirska sonda „Polar“ je registrovala auroru čak i u području X-zraka.

Oblici aurore i magnetizam

Korona

Aurora Australis 2001. sa latitude 41 stepen južno

Aurora se javlja ili kao „difuzno svetljenje“ ili kao „zavesa“ koja se širi u pravcu istok-zapad. Ponekad se obrazuju „mirni lukovi“ a nekada se svetlost neprekidno menja na nebu („aktivna aurora“). Svaka zavesa se sastoji od brojnih paralelnih zrakova, usmerenih u pravcu lokalnog magnetnog polja što navodi da je aurora uslovljena Zemljinim magnetskim poljem.

Učestalost pojavljivanja

Pojava polarne svetlosti vezana je za magnetne bure koje su opet povezane sa jedanaestogodišnjim ciklusom aktivnosti sunčevih pega. Takođe je uočeno da do geomegnetnih bura najčešće dolazi u vreme ravnodnevice, dakle u rano proleće ili jesen što je pomalo zagonetno jer aktivnost na polovima nema mnogo veze sa godišnjim dobima.

Sunčev vetar i magnetosfera

Shema Zemljine magnetosfere

Norveški istraživač Kristijan Birkeland je 1916. prvi predvideo postojanje Sunčevog vetra. Pretpostavio je da su Sunčevi zraci i pozitivnog i negativnog naelektrisanja. Frederik Lindeman je 1919. pretpostavio da sa Sunca dolaze protoni i elektroni. Tridesetih godina 20. veka naučnici su pretpostavili da Sunčeva korona ima temperaturu od nekoliko miliona stepeni. Britanski matematičar Sidni Čapman je pedesetih izračunao svojstva gasa na takvoj temperaturi i zaključio da se toplota kroz koronu mora protezati u prostoru još dalje od Zemlje. Nemački naučnik Ludvig Birman se takođe pedesetih zainteresovao za činjenicu da kometa uvek ima rep suprotno od Sunca. Birman je zaključio da Sunce emituje stalnu struju čestica, koja potiskuje kometin rep.

Eugen Parker je 1958. taj fenomen prozvao „Sunčev vetar“. Parker je pokazao da iako je Sunčeva korona jako privučena Sunčevom gravitacijom, da je ona tako dobar provodnik da je još uvek vruća na velikim udaljenostima. Pošto gravitacija opada sa udaljenošću od Sunca, spoljna koronarna atmosfera nadzvučnom brzinom beži u međuzvezdani prostor. Parker je poslao svoj rad u Astrofisical Journal, ali dvoje recenzenata su mu odbili rad. Rad je ipak prihvatio Čandrasekar (dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1983. godine).

Sovjetski satelit Luna 1. je januara 1959. prvi put merio jačinu sunčevog vetra. Koristili su scintilacione brojače i gasne jonizacione detektore. Merenje su tri godine kasnije ponovili Amerikanci koristeći Mariner 2. Parkerova teorija nije mogla objasniti ubrzanje brzog vetra. Prvu numeričku simulaciju Solarnog vetra u Sunčevoj koroni koristeći magnetohidrodinamičke jednačine izveli su Pneuman i Knop 1971.

Kasnih devedesetih ultraljubičasti koronalni spektrometar, koji se nalazio na СОХО (Solarnoj i heliografskoj opservatoriji) svemirskoj opservatoriji omogućio je da se vidi da je područje ubrzanja Sunčeva vetra u polarnim područjima Sunca i nađeno je da je ubrzanje mnogo jače od onoga koje bi se očekivalo samo od toplotnog efekta. Parkerov model je predviđao da se beg Sunčeva vetra dešava na 4 sunčeva radijusa, ali merenja pokazuju da se dešava na jednom sunčevom radijusu iznad fotosfere. To govori da postoji dodatni mehanizam ubrzanja sunčeva vetra.

Aurore na drugim planetama

Difuzna aurora opažena iz satelita DE-1.

Aurora na Jupiteru. Sjajna tačka na levoj strani je završetak magnetske linije s Iom, tačke na dnu vode do Ganimeda i Evrope

Aurora je opažena i na Jupiteru i Saturnu, planetama čija su magnetska polja mnogo snažnija od Zemljinog. Pokreće ih, kao i na Zemlji, Sunčev vetar. Jupiterovi meseci, posebno Io, takođe uzrokuju snažne aurore koje se javljaju zbog električnih struja duž silnica magnetskog polja između rotirajuće planete i meseca koji kruži oko njega (dinamo učinak). Io (koji ima aktivni vulkanizam i jonosferu) je posebno snažan izvor aurore; njegove struje emituju i radio-talase, otkrivene 1955.

Nedavno je polarna svetlost otkrivena i na Marsu; zbog nedostatka jakog magnetskog polja, ranije se verovalo kako je to nemoguće.

Istorijski značajni događaji

Godine 2017, došlo je do otkrića japanskog dnevnika iz 1770. godine koji prikazuje aurore iznad drevne japanske prestonice Kjota sugeriše da je oluja možda bila 7% veća od događaja u Karingtonu, koji je uticao na telegrafske mreže.

Aurore koje su nastale kao rezultat „velike geomagnetne oluje“ 28. avgusta i 2. septembra 1859. godine, međutim, smatraju se najspektakularnijim u novijoj zabeleženoj istoriji. U dokumentu Kraljevskog društva od 21. novembra 1861, Balfur Stjuart je opisao oba auroralna događaja kao što su dokumentovana magnetografom koji se snimljen u Kju opservatoriji i uspostavio vezu između auroralne oluje od 2. septembra 1859. i događaja Karington-Hodžsonovog bljeska kada je on primetio je da „Nije nemoguće pretpostaviti da je u ovom slučaju naša svetiljka uhvaćena na delu.“ Drugi auroralni događaj, koji se dogodio 2. septembra 1859. godine, bio je rezultat (neviđenog) izbacivanja koronalne mase povezanog sa njom sa izuzetno intenzivnim Karington-Hodžsonovom belom sunčevom bakljom 1. septembra 1859. Ovaj događaj je proizveo aurore toliko rasprostranjene i izuzetno sjajne da su viđene i izveštene u objavljenim naučnim merenjima, brodskim dnevnikima i novinama širom Sjedinjenih Država, Evrope, Japana i Australija. Njujork Tajms je izvestio da je u Bostonu u petak, 2. septembra 1859. godine, aurora bila „toliko sjajna da je oko jedan sat obična štampa mogla da se čita pri toj svetlosti“.. U petak, 2. septembra, jedan sat po istočnom vremenu bi bilo 6:00 GMT; magnetograf za samosnimanje u opservatoriji Kju je snimao geomagnetnu oluju, koja je tada bila stara jedan sat, u punom intenzitetu. Između 1859. i 1862. Elajas Lumis je objavio seriju od devet radova o Velikoj izložbi aurora 1859. u American Journal of Science gde je diskutovao izveštaje o auroralnim događajima širom sveta.

Vidi još

• Magnetizam

Literatura

• Eather, Robert H. (1980). Majestic Lights: The Aurora in Science, History, and The Arts. Washington, DC: American Geophysical Union. ISBN 978-0-87590-215-9.  (323 pages)
• Syun-Ichi Akasofu (2002). „Secrets of the Aurora Borealis”. Alaska Geographic Series. Graphic Arts Center Publishing Company. 29 (1). 
• Savage, Candace Sherk (1994). Aurora: The Mysterious Northern Lights. San Francisco: Sierra Club Books / Firefly Books. ISBN 978-0-87156-419-1.  (144 pages)
• Hultqvist, Bengt (2007). „The Aurora”. Ur.: Kamide, Y.; Chian, A. Handbook of the Solar-Terrestrial Environment. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. str. 331—354. ISBN 978-3-540-46314-6. doi:10.1007/978-3-540-46315-3_13. 
• Sandholt, Even; Carlson, Herbert C.; Egeland, Alv (2002). „Optical Aurora”. Dayside and Polar Cap Aurora. Netherlands: Springer Netherlands. str. 33-51. ISBN 978-0-306-47969-4. doi:10.1007/0-306-47969-9_3. 
• Chisholm, Hugh, ur. (1911). „Aurora Polaris”. Encyclopædia Britannica (na jeziku: engleski). 2 (11 izd.). Cambridge University Press. str. 927—934.  This includes a highly detailed description of historical observations and descriptions.
•  Baynes, T.S., ur. (1878). „Aurora Polaris”. Encyclopaedia Britannica. 3 (9th izd.). 
• Stern, David P. (1996). „A Brief History of Magnetospheric Physics During the Space Age”. Reviews of Geophysics. 34 (1): 1—31. Bibcode:1996RvGeo..34....1S. doi:10.1029/95rg03508. 
• Stern, David P.; Peredo, Mauricio. „The Exploration of the Earth's Magnetosphere”. phy6.org. 
• Daglis, Ioannis; Akasofu, Syun-Ichi (novembar 2004). „Aurora – The magnificent northern lights” (PDF). Recorder. 29 (9): 45—48. Arhivirano iz originala (PDF) 14. 6. 2020. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza) Alt URL
• Phillips, Tony (21. 10. 2001). „'tis the Season for Auroras”. NASA. Arhivirano iz originala 11. 4. 2006. g. Pristupljeno 15. 5. 2006. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• „Secrets of the Polar Aurora”. 
• „Exploration of the Earth's magnetosphere”. 
• Phillips, Tony (21. 10. 2001). „'tis the Season for Auroras”. NASA. Arhivirano iz originala 14. 08. 2009. g. Pristupljeno 15. 5. 2006. 
• Aurora forecast – Will there be northern lights?
• Current global map showing the probability of visible aurora
• Aurora – Forecasting
• Official MET aurora forecasting in Iceland
• Aurora Borealis – Predicting
• Solar Terrestrial Data – Online Converter – Northern Lights Latitude.
• Aurora Service Europe – Aurora forecasts for Europe.
• Live Northern Lights webstream
• World's Best Aurora – The Northwest Territories is the world's Northern Lights mecca.

Multimedija

• Amazing time-lapse video of Aurora Borealis – Shot in Iceland over the winter of 2013/2014.
• Popular video of Aurora Borealis – Taken in Norway in 2011.
• Aurora Photo Gallery – Views taken 2009–2011.
• Aurora Photo Gallery – "Full-Sky Aurora" over Eastern Norway. December 2011.
• Videos and Photos – Auroras at Night.
• Video (04:49) – Aurora Borealis – How The Northern Lights Are Created.
• Video (47:40) – Northern Lights – Documentary.
• Video (5:00) – Northern lights video in real time
• Video (01:42) – Northern Light – Story of Geomagnetc Storm (Terschelling Island – 6/7 April 2000).
• Video (01:56) (Time-Lapse) − Auroras – Ground-Level View from Finnish Lapland 2011.
• Video (02:43) (Time-Lapse) − Auroras – Ground-Level View from Tromsø, Norway. 24 November 2010.
• Video (00:27) (Time-Lapse) – Earth and Auroras – Viewed from The International Space Station.