Sarki fény

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
Sarki fény
Frederic Edwin Church: Aurora Borealis (1865)

A sarki fény (az északi féltekén gyakran: északi fény (aurora borealis), délen: aurora australis) a Föld északi és déli sarkánál a légkörbe behatoló töltött részecskék (elsősorban protonok és elektronok) által keltett időleges fényjelenség. Leginkább késő ősztől kora tavaszig figyelhető meg gyakrabban (de nem állandóan) az északi sarkkörtől északra, illetve a déli sarkkörtől délre. Magyarországról általában nem látható.

Sarki fény akkor keletkezik, amikor a napszél annyira felkavarja a magnetoszférát, hogy töltött részecskék hatolnak be a napszélből és a magnetoszférából a felső légkörbe, a Föld mágneses mezejének vonzására, ahol energiájuk egy részét átadják a légkörnek. A légkör összetevői emiatt ionizálódnak és gerjesztődnek, így fényt bocsátanak ki különböző színekben. Formáját az ionizálódott összetevők mozgása határozza meg. A beérkező protonok elektronbefogással hidrogénatomokká alakulnak, így a gerjesztett hidrogénatomokra jellemző színeket bocsátják ki (vörös, kék, ibolya). Ez inkább alacsonyabb szélességeken látható.[1] A légkör leggyakoribb összetevői az oxigén (vörös, zöld) és a nitrogén (kék, ibolya) színei is láthatók.

Helyszíne[szerkesztés]

A sarki fény többnyire a mágneses pólustól 10°-20° távolságra, 3°-6° szélességen látható.[2] Legjobban a sötét égen, hosszú sarki éjszakákon figyelhető meg, de az év és a nap folyamán bármikor létrejöhet. A sarki fényt tapasztaló területet aurorális oválisnak nevezik, habár inkább szalag formájú.[3] A napszéllel való kapcsolatot a statisztikák vizsgálata során fedezték fel. Részletesebben Elias Loomis (1860)[4] és Hermann Fritz (1881)[5] írta le, miután észrevették, hogy legtöbbször itt látható. A napi pozíció nyomon követhető az Interneten.[6]

Az északi féltekén északi fény néven ismert. Az aurora borealis elnevezés Galileitől származik.[7] Ennek párjaként alkották meg az aurora australis elnevezést, ami az északi fényhez hasonlóan jelenik meg, és azzal együtt jön létre és változik.[8] Nagy szélességi körökön is látható az Antarktiszon, Chilében, Argentínában, Új-Zélandon és Ausztráliában.

Erős naptevékenységet követően, mágneses viharok idején megváltozik a magnetoszféra szerkezete, ilyenkor a sarki fény alacsonyabb szélességi körökön, így nagyon ritkán Magyarországon is megfigyelhető. A sarki fény akkor látható a legjobban, ha a mágneses pólus a megfigyelő és a Nap között van.[9] Ez az időszak a mágneses éjfél, ami megkülönböztethető a normál éjféltől. Az Amerikai Egyesült Államok legtöbb területén ez egy órával korábban következik be.[10] A mágneses viharok a napfoltok 11 éves ciklusában a csúcson vagy három évvel utána erősödnek fel.[11][12]

Carl Størmer és társai több mint 12 000 sarki fényt elemeztek kamerák segítségével.[13] Háromszögeléssel arra jutottak, hogy a legtöbb fény a felszín felett 90 és 150 km között keletkezik, és néha több mint 1000 km-re is elnyúlnak.

Zöld szín általában 240 km-es magasságban keletkezik, a vörös efölött, a kék általában 100 km alatt jön létre, a lila pedig fölötte.[14]

Leírása[szerkesztés]

Nevét a római hajnalistennő Aurora nevéből alkották, de északi fény néven is ismert (a borealis jelentése északi, az australis pedig déli).

A töltött részecskék túlnyomóan a Napból származnak (napszél), kisebb hányadukat a Naprendszeren kívülről érkezett részecskék teszik ki. A töltött részecskéket a földi magnetoszféra nagyrészt eltéríti, a mágneses pólusok körüli tartományban azonban bejutnak a légkörbe.

Színek[szerkesztés]

A részecskék ütköznek a légkör atomjaival, ionizálják és gerjesztik az atomokat, a gerjesztett atomok pedig fénykisugárzással térnek vissza alapállapotukba. A kibocsátott fény az atomra vagy molekulára, illetve az ütközés magasságára jellemző színű. A színkép látható tartományában elsősorban az oxigén világos zöld, sárgás, ritkábban vörös; a nitrogénmolekulák kék és ibolya színben jelentkeznek, de a sarki fény az ultraibolya tartományban is erős lehet.[15] A jelenség 80–1000 km magasságban fordul elő, de leggyakrabban 100 km körüli magasságban figyelhető meg.

A színek közül leggyakoribb a világos zöld és a lilás szín. A sarki fény ritkábban megjelenhet vöröses, sárga, zöld, kék és ibolya színekben is.

Ritkábban teljesen piros sarki fény is előfordul, ez erősebb naptevékenység idején, nagy magasságban lévő oxigén által jön létre, aminek magassága akár 300 km is lehet. A nitrogén kékes vagy lilás-piros sarki fényt hoz létre.[16] A 630 nm hullámhosszú vörös fényt atomos oxigén bocsátja ki. Halványsága és ritka előfordulása az atomos oxigén ritka voltának köszönhető. Több piros színárnyalat is megfigyelhető.

A leggyakoribb, a világos sárgászöld szín egyik oka a 100 km magasságban elhelyezkedő oxigén. A másik ok, hogy az emberi szem erre a zöldes színárnyalatra a legérzékenyebb.[17] Az 557,7 nm hullámhosszú zöld fény atomos oxigén hozza létre. Ebben a régióban jóval gyakoribb az atomos oxigén, mint feljebb. Közvetve a nitrogénmolekulák is hozzájárulnak, ütközésekkel energiát átadva az oxigénatomoknak, így azok zöld színt sugároznak ki.

Még lejjebb az oxigén újra ritkább. Itt kék, lila és vörös fény keletkezik, ami nitrogénmolekuláknak és ionizált nitrogénmolekuláknak köszönhető. A 428 nm hullámhosszú kék fény dominál. Többnyire az erősebb naptevékenységhez köthető.[18]

Ha a naptevékenység erős, sárgás szín és rózsaszín is létrejön, ami egyszerűen a piros, a zöld és a kék szín alkalmi keveréke. Mivel mindhárom additív alapszín előfordul, elméletben bármely látható szín létrejöhet, de azok ritkák. Előfordulhat narancssárga, és a zöldessárga. A többi szín nagyon ritka.

Sokszor ultraibolya és infravörös[19][20] sugárzás is megfigyelhető megfelelő eszközökkel. A Marson,[19] Jupiteren és a Szaturnuszon is észleltek ultraibolya sarki fényeket.

A grafikus ablakon kívül is észlelhető sugárzás. 1972-ben felfedezték a kilométeres sarki fény sugárzást, ami 150 kHz-es rádióhullám.[21] Mivel az ionoszféra elnyeli, azért csak az űrből észlelhető. Röntgensugárzást is detektáltak a sarki fénnyel összefüggésben.[22]

Megjelenési formái[szerkesztés]

Formái

A sarki fény formái változatosak, állandóan változnak, gyakran függönyre, ívelt szalagra emlékeztet vagy sugaras szerkezetű. Műholdról készült felvételek tanúsága szerint a jelenség fénygyűrűként, glóriaként veszi körül a mágneses pólust. Összefüggést találtak a déli és az északi pólusnál fellépő fényjelenségek között. Egyes alakzatok folyamatosan változnak, ezek az aktív sarki fények.

A sarki fénynek 5 formája ismert:

  • folt-forma: kisméretű fényjelenség
  • ív-forma: enyhén görbülő szalag
  • sáv-forma: csomós vagy ráncos alakú
  • sugár-forma: egyenes fénynyaláb, amely a Föld mágneses erővonalait követi
  • fátyol-forma: diffúz, nagy kiterjedésű fénylés

Közelről nézve közvetlenül a megfigyelő feje fölött világíthat, távolról nézve bevilágítja a horizontot a pólus felé, zöld vagy halványvörös színben, mintha a Nap kelne fel. Alkothat alig látható, diffúz íveket vagy foltokat.[23] Megjelenhet a szemlélő fölött koronaként, egy távoli középpontból sugarakként kifelé irányulva; ez a perspektívából adódik. Az elektronok spirális mozgásának irányát az határozza meg, hogy az elektron iránya milyen a mágneses térhez képest. Ezt a szöget angolul úgy is nevezik, mint "pitch angle"; az elektron távolsága a Larmor-sugár. A pitch angle nő, ahogy az elektron az atmoszférában lejjebb mozogva nagyobb térerőbe jut. Emiatt egyes részecskék visszaverődhetnek. A többi részecske az atmoszférában befelé halad, és különböző magasságokban részt vesz a sarki fény kialakításában.

Az űrből megfigyelve láthatók pólus irányú ívek, amelyek a pólus süvegén keresztül a Nap felé nyúlnak; a théta sarki fény,[24] és déltájban a nappali ívek. Ezek viszonylag ritkák, így nem tudunk róluk sokat. Előfordulnak más hatások is, például vibrálás, alig látható vörös ívek, illetve fekete sarki fény, ami az alig látható diffúz sarki fény sötétebb területe. Mindezek mellett halvány izzás figyelhető meg a mágneses sarkok környékén, többnyire vörös színben.

A függöny alakzatok párhuzamos sugarakból állnak, melyek a helyi mágneses mező irányát mutatják. Helyszíni mérések mutatják, hogy a sarki fényben részt vevő elektronok mozgását a Föld mágneses tere irányítja, a térerő irányában spirál alakban mozognak a Föld felé. A függönyszerű megjelenésre rásegít, hogy a függöny vonala meghajlik. Az ívek feltöredezhetnek, gyakran sugaras szerkezet jelenik meg, ami betölti az egész eget. Néha olyan fényesek, hogy újságot lehet olvasni mellettük.[25] Fényességük a másodperc töredéke alatt megváltozhat.

A diffúz sarki fény gyakran egyszerűen csak izzás a láthatóság határához közel.[26] Megkülönböztethető a ködöktől, mivel a csillagok tisztán látszanak rajta keresztül. Pulzálási idejük másodpercekben mérhető, habár ez nem mindig nyilvánvaló. Gyakran fekete sarki fényt is tartalmaznak. Az égi jelenség megjelenési sorrendje a cikkben írottak sorrendjének felel meg.[27]

Más bolygók és holdak[szerkesztés]

Sarki fényt a Naprendszer más mágneses bolygóinál (Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz) és azok egyes holdjainál (Io, Ganümédész) is megfigyeltek.

Fényképezése[szerkesztés]

A digitális fényképezőgépek és kamerák elterjedésével megnőtt a sarki fényről készült képek és filmek száma.[28]

A filmet alkalmazó fényképezés szempontjából nehézség, hogy a spektrum is változhat és az expozíciós idő alatt is mozoghat a fényjelenség, így az eredmény nem biztos, hogy megjósolható. A film megválasztása különösen fontos, mivel különböző emulziók különféleképpen reagálnak a halvány fényekre. A hosszabb expozíciós idő miatt a változó, egy időben nem látható jelenségek egy képre kerülnek. Az érzékenyebb film növeli a szemcsézettséget.

David Malin több szűrővel és expozíciós idővel kísérletezett a csillagászati fényképészet számára. A képeket laboratóriumban rakta össze, hogy megközelítésék a látványt.[29] Tudományos célokra felhasználják az infravörös és az ultraibolya sugárzás közeli részét, majd színkorrekciót végeznek, hogy szimulálják a megjelenést az emberek számára. Az előrejelzések mutatják a sarki fény kiterjedését is, ami hasznos a sarki fényre vadászók számára.[30] A képeken gyakran láthatók földi jelenségek is, ezeket gyakrabban publikálják is nagyobb weboldalak.[31] Szabványos filmmel is készíthetők kiváló képek, ISO 100 és ISO 400 közötti érzékenységű filmmel, egylencsés tükrös kamerával, teljes nyílással, gyors lencsével (például f1.4 50 mm), és a fényességtől függően 10 és 30 másodperc közötti expozíciós idővel.[32]

1949-ben a Saskatchewan Egyetem az SCR-270 radarral alkotott képeket.

A sarki fény hangja[szerkesztés]

Az északi népek legendáiban és történeteiben fellelhető, hogy van hangja a fényjelenségnek. Kétfajta hangról szólnak a történetek, az egyik suttogásszerű, míg a másik reccsenő, csattanó hang. 2012 előtt azonban a hangjelenséget nem sikerült rögzíteni. Finn kutatók publikáltak egy felvételt, amelyen egy csattanó hang hallható, bár akkoriban nem tudták bizonyítani, hogy ez a fényjelenséghez köthető. Mindenesetre megalkották elméletüket.[33][34]

A zaj 70 m magasan keletkezik. Okozói töltött részecskék, amint az inverziós rétegbe ütköznek. Az inverziós réteg hideg éjszakákon keletkezik, amikor a légköri magasság és a hőmérséklet közötti összefüggés megfordul a légkör egy rétegében. Ez az inverziós réteg. Az ütközéssel elveszítik töltésüket, ezzel létrehozva a zajt.[35]

Történeti jelentősége[szerkesztés]

2017-ben felfedeztek egy japán naplót, melynek egy 1770-es bejegyzése Kiotó fölött megjelent sarki fényt ábrázolt. Ennek alapján úgy tűnik, hogy az esemény 7%-kal nagyobb volt a későbbi Carrington-eseménynél, ami akkor a távíróhálózatot is érintette.[36][37]

1859-ben augusztus 28-án és szeptember 2-án az Egyesült Királyságban lehetett megfigyelni az európai történelemben ismert leglátványosabb sarki fényt. Balfour Stewart a Királyi Társaság egy újságjában 1861. november 21-én mindkét eseményről beszámolt. Magnetográffal dokumentálta őket a Kew Obszervatóriumban. Kapcsolatba hozta a későbbi eseményt a szeptember 2-ai Carrington-Hodgson flare eseménnyel.[38]

Előfordulása a kultúrában[szerkesztés]

További képek a sarki fényről[szerkesztés]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Simultaneous ground and satellite observations of an isolated proton arc at sub-auroral latitudes. Journal of Geophysical Research, 2007 (Hozzáférés: 2015. augusztus 5.)
  2. Feldstein, Y. I. (2011). „A Quarter Century with the Auroral Oval”. EOS 67 (40), 761. o. DOI:10.1029/EO067i040p00761-02.  
  3. Bruzek, A.. Illustrated Glossary for Solar and Solar-Terrestrial Physics (en nyelven). Springer Science & Business Media (2012. december 6.). ISBN 9789401012454 
  4. Fritz, Hermann (1881). "Das Polarlicht."
  5. Tromholt, S. (1882) Om nordlysets perioder/Sur les périodes de l'aurore boréale, l'annuaire 1880, Inst. Météorol. Danois, Copenhagen.
  6. Current Auroral Oval. SpaceWeather . (Hozzáférés: 2014. december 19.)
  7. An historical footnote on the origin of 'aurora borealis', History of Geophysics: Volume 2, History of Geophysics, 11-14. o.. DOI: 10.1029/HG002p0011 (1986). ISBN 978-0-87590-276-0 
  8. (2007) „Auroral conjugacy studies based on global imaging”. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 69 (3), 249. o. DOI:10.1016/j.jastp.2006.05.026.  
  9. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology. Online August 7, 2008.
  10. http://www.eaae-astronomy.org/WG3-SS/WorkShops/Auroras.html
  11. (1999. december 1.) „Solar causes of the long-term increase in geomagnetic activity”. J. Geophys. Res. 104 (A12), 28,325–28,342. o. DOI:10.1029/1999JA900311.  
  12. (2000. szeptember 1.) „Solar cycle effects in planetary geomagnetic activity: Analysis of 36-year long OMNI dataset”. Geophys. Res. Lett. 27 (17), 2797–2800. o. DOI:10.1029/2000GL000064.  
  13. (1946) „Frequency of 12,330 measured heights of aurora from southern Norway in the years 1911–1944”. Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity 51 (4), 501–504. o. DOI:10.1029/te051i004p00501.  
  14. space.com: Aurora Borealis: What Causes the Northern Lights & Where to See Them
  15. http://m.esa.int/spaceinimages/Images/2018/11/Polar_lights_on_Uranus
  16. What are Northern Lights?
  17. What are Northern Lights?
  18. theaurorazone.com: Why are the Northern Lights sometimes coloured differently?
  19. a b NASA's MAVEN Orbiter Detects Ultraviolet Aurora on Mars | Space Exploration | Sci-News.com. sci-news.com. (Hozzáférés: 2015. augusztus 16.)
  20. Aurora Borealis. dapep.org. (Hozzáférés: 2015. augusztus 16.)
  21. (1974) „The Earth as a radio source”. Journal of Geophysical Research 79 (79), 4227. o. DOI:10.1029/JA079i028p04227.  
  22. (1960) „Balloon observations of X-rays in the auroral zone”. Journal of Geophysical Research 65 (2), 551–564. o. DOI:10.1029/jz065i002p00551.  
  23. Frey, H. U. (2007). „Localized aurora beyond the auroral oval”. Rev. Geophys. 45 (1), RG1003. o. DOI:10.1029/2005RG000174.  
  24. (2003) „Observations of non-conjugate theta aurora”. Geophysical Research Letters 30 (21), 2125. o. DOI:10.1029/2003GL017914.  
  25. (1997) „Magnetospheric source region of discrete auroras inferred from their relationship with isotropy boundaries of energetic particles”. Annales Geophysicae 15 (8), 943. o. DOI:10.1007/s00585-997-0943-z.  
  26. (1997) „Polar cap arcs: A review”. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 59 (10), 1087. o. DOI:10.1016/S1364-6826(96)00113-7.  
  27. A, Brekke. The Northern Lights. Grøndahl and Dreyer, Oslo, 137. o. (1994. november 19.). ISBN 978-82-504-2105-9 
  28. News and information about meteor showers, solar flares, auroras, and near-Earth asteroids. SpaceWeather.com. [2010. augusztus 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. augusztus 5.)
  29. Astronomical photographs from David Malin Images. davidmalin.com. (Hozzáférés: 2010. augusztus 3.)
  30. NOAA POES Auroral Activity. swpc.noaa.gov. [2010. július 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. augusztus 3.)
  31. What's up in space: Auroras Underfoot. SpaceWeather.com. [2011. július 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.)
  32. Aurora image (JPG)
  33. Csattanó hangot ad a sarki fény. index.hu, 2012. július 10. (Hozzáférés: 2015. december 21.)
  34. FAQ – Does the aurora make sounds?. Northern Tales Travel Services Inc.. (Hozzáférés: 2015. december 21.)
  35. Auroras Make Weird Noises, and Now We Know Why, 2016. június 27.
  36. Frost, Natasha: 1770 Kyoto Diary. Atlas Obscura , 2017. október 4.
  37. (2017. szeptember 17.) „Inclined zenith aurora over Kyoto on 17 September 1770: Graphical evidence of extreme magnetic storm”. Space Weather 15 (10), 1314–1320. o. DOI:10.1002/2017SW001690.  
  38. Stewart, Balfour (1860–1862). „On the Great Magnetic Disturbance of 28 August to 7 September 1859, as Recorded by Photography at the Kew Observatory”. Proceedings of the Royal Society of London 11, 407–10. o. DOI:10.1098/rspl.1860.0086.  

További információk[szerkesztés]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Sarki fény témájú médiaállományokat.