Aurora borealis - sarki fény

Végre! Több mint 4 éves svédországi tartózkodás után sikerült látnom a sarki fényt, vagyis az aurora borealis-t (északi fény). Az utóbbi két évben már kimondottam vadásztam az északi fényre, ha egy kis esély is volt rá, hogy lehet látni, akkor kimentem egy sötét helyre és bámultam az eget. Eddig semmit nem láttam, főleg Göteborgban próbálkoztam, aztán egy éve voltunk fenn Lappföldön,  ott meg csalódottságomra végig felhős volt az ég. Arról ne is beszéljünk, hogy ez volt az egyik ok, hogy északra költöztem úgyhogy egy idő után már elkeseredett mániámmá vált az északi fény hajkurászása. Mindenképpen látni akartam saját szemmel.

Még nem is írtam, de majd 1 éve Uppsalába költöztem (esetleg lesz majd egy bejegyzés Uppsaláról is...), ami Göteborgtól északkeletre van olyan 450 kilométerre. Mivel északabbra van nagyobb esély látni a sarki fényt, titkon örültem is a költözésnek és tényleg reméltem, hogy itt már csak látok valamit.

És tényleg. Nem is akármilyen volt, hanem elég jól lehetett látni szabad szemmel. Hihetetlen élmény, amit át kell élni. De az áradozásról később, először nézzük át, hogy mi is az az északi fény és mitől keletkezik. Erre kapunk választ a skandináv mitológiából. Amikor az északi szűz harcősnők, a valkűrök végigvágtáznak lovaikkal az égbolton, a páncéljaik egy vibráló színes fénytüneményt kelt és ezt látjuk mi sarki fényként. Nehogy már azt higgyük, hogy a skandináv mitológiában nincs magyarázat erre a jelenségre!

A mai embernek kicsit tudományosabb válasza van erre a kérdésre, nézzük meg ezt is.
Minden a ragyogó csillagunkkal, a Nappal kezdődik. Napunknak van egy dinamikus, gyorsan változó mágneses tere. A Nap főtömegét képlékeny gázok és plazma alkotja, így az egyenlítő mentén gyorsabban forog, mint a sarkoknál. Az eltérő forgási sebesség miatt a mágneses mező összegabalyodik, tulajdonképpen a Nap felcsavarja azt saját magára. Előrehaladt állapotban a mágneses erővonalak hurkokat képeznek, amelyek elszakadhatnak a Nap felszínétől.

Ilyenkor megváltozik a természetes hőáramlás a Nap magjából a köpenybe, és ezeken a helyeken napfoltok, vagyis hidegebb helyek (ezért sötétebbek) alakulnak ki. Ezeket már egy kisebb távcsővel is láthatjuk megfelelő szűrővel persze. A felső képet két éve márciusban készítettem amikor egyik reggel egy szerencsésebb felhőtakarón át jól lehetett fényképezni a Napot az akkori foltjaival.

Szóval ezek a foltok előbukkannak majd eltűnnek ahogy a Nap csavarja fel magára mágneses mezejét. A Nap mágneses terének változása ciklusokba rendeződik, és egy ilyen ciklus kb 11 évig tart. Tehát most 2012-2013-ban a Nap ciklusa maximumnál van, mágneses mezeje teljesen össze van gabalyodva, és napfolt maximum is van. Pár év múlva alig lehet már látni napfoltot és 11 év múlva újra maximum lesz sok fekete folttal a Napon. De hogy jön mindez a sarki fényhez?

Hát úgy, hogy ezek a napfoltok a Napnak nagyon instabil területei - pláne ha a mágneses mező kilép a napfoltnál a Nap koronájából - és így hajlamosak kitörni. Ilyenkor a Napkorona egy része kidobódik az űrbe. Ezt a töltött részecskékből (proton, elektron) álló gyors sebességgel száguldó anyaghalmazt hívjuk napszélnek. Ez végigutazik a Naprendszeren, és ha találkozik egy bolygóval aminek még mágneses mezeje is van akkor a mágneses pólusoknál belép a bolygó légkörébe. Tehát olyan, mintha a bolygó két pólusánál lenne két porszívó és ott szívná be ezeket a töltött részecskéket magába.

 Emiatt lehet főleg az északi és a déli sarkkörnél látni az aurórát egy nagy körívben a sarkok körül. Ezért hívják sarki fénynek. Ha nagyon erős volt a napkitörés akkor az auróra köre az egyenlítő felé tolódik így szerencsésebb alkalomkor még akár Budapesten is lehet sarki fényt látni. De mi adja magát a színes fényt amit látunk? Emlékszünk még a kvantumpontokra (katt a linkre)? Tulajdonképpen itt is majdnem ugyanez történik.

A nagy sebességgel száguldó töltött részecskék  gerjesztik a levegő atomjait illetve molekuláit (oxigén, nitrogén). Az egész jelenség nagy magasságban (100 km fölött), a termoszférában játszódik le, ebben a magasságban az oxigén és a nitrogén már atomos állapotban is előfordul. Az atomokban, molekulákban elektronok gerjesztett állapotba kerülnek a napszél részecskéinek hatására; egy magasabb energiaszintre lépnek; majd onnan kis idő után visszaesnek az alapállapotba. A két energiaállapot közti energiakülönbséget - ami függ az adott atomtól, molekulától - foton formájába bocsátja ki magából a molekula. Így az oxigén gerjesztésénél zöld és piros, a nitrogénnél pedig kékes-ibolya színt láthatunk.

Az oxigén zöld fluoreszcenciájánál az elektron 3/4 másodpercet tölt gerjesztett állapotban mielőtt visszaesne az alapállapotba, ami ugye a zöld foton kibocsátásához vezet. A piros foton emissziójánál (atomos oxigén) ez az idő majd 2 perc. Ha viszont az atom gerjesztett állapotban ütközik egy másik atommal/molekulával, akkor átadja neki az energiáját és nem bocsát ki fotont, nem fluoreszkál. Ezt hívják a fluoreszcencia világában kioltásnak vagy quenching-nek. Erre a 3 perc alatt elég nagy esélye van. Az ütközés sokkal valószínűbb ha több molekula van körülötte; ha sűrűbb a légkör, vagyis alacsonyabb magasságoknál. Emiatt a piros fluoreszcencia csak nagy magasságokban látható, ahol több az atomos oxigén és nem tud kioltódni a fluoreszcenciája az ütközések miatt.
100 km alatt viszont az ütközések nagyobb valószínűsége miatt (annyira nagy a légsűrűség) a zöld emissziónak már nincs esélye megmaradni. A zöld fluoreszcencia tehát eltűnik ebben a magasságban. Ezt látjuk akkor amikor egy kékes-lilás határvonalat látunk az auróra aljánál: a zöld fluoreszcencia kioltódik és csak a molekuláris nitrogén kékes-lilás emissziója marad meg.

Itt egy jó videó, hogy hogyan is játszódik le az egész folyamat:

És igen, más bolygókon (amelyiknek van mágneses mezeje) is van sarki fény, ilyen például a Jupiter vagy az alábbi képen látható Szaturnusz (forrás: NASA).

Tehát most még egy-két évig jó esély van sarki fényre, aztán a Nap elcsendesedik és 11 évet kell várni újra egy remélhetőleg a mostaninál jóval erősebb napfolt-maximumra.
Számos honlap van ahol lehet gyűjteni az infót hogy mikor volt napkitörés, a föld felé történt-e, és várható-e auróra (a napszél a sebességétől függően 1-2 nap alatt éri el a Földet). Még egy modellt is láthatunk, hogy kb mekkora a jelen helyzetben az auróra köre, és ahol vagyunk lehet-e számítani sarki fényre. Én ezt a honlapot használom: http://www.spaceweather.com/
És ha az őszi vagy a tavaszi napéjegyenlőség (equinox) környékén vagyunk éppen, akkor ez az időszak a  legkisebb napkitörésekből is hatalmas aurórákat tud varázsolni. Ennek a hátterét nem pontosan értjük még, de valószínű a Föld mágneses mezejének a helyzete van a dolog mögött. Ilyenkor ugyanis a Nap az egyenlítőnél delel 90°-ban, és így a Föld mágneses mezeje jó pozicióban van a Naphoz képest a napszél begyűjtéséhez. Érdemes tehát tavasszal és ősszel az equinox környékén figyelni, mert nagyobb az esély aurórára.

És akkor milyen volt?? Fantasztikus! Az egyik legjobb élmény volt amit valaha átéltem.

Tényleg hatalmas élmény amikor ott állsz a földön és fölötted egy hatalmas, zölden derengő folyamatosan változó fénykör betölti a fél égboltot. Hol gyengébb, ilyenkor olyan, mintha csak egy hatalmas, zöldes felhőt nézne az ember; hol pedig erősebb, szikrázó és tündöklő. Fantasztikus milyen amikor egy világosabb csóva gyorsan végigszeli az egész égboltot, mint valami hangtalan szellem. Alig várom a következő aurórás estét!

***