10:50, 28.12.2020. | ASTRONOMIJA NIŠ

Polarna svetlost

Autor: Irina Cvetković, izvor: PMF Žurnal

Još od praistorijskih vremena, pojava polarnih svetlosti je fascinirala ljude i uticala na razvoj istorije, umetnosti i mitologije. Najstariji poznati zapis datira iz 2600. godine pre nove ere u Kini, kada je opisana kao jaka svetlost koja se kreće oko zvezde Su iz sazvežđa Bei-Dou (asterizam Velika Kola).

Slika: Aurora Borealis. Izvor: Pinterest.

Sam termin “Aurora Borealis” se pojavio tek 1619. godine, za šta je odgovoran Galileo Galilej koji je ovaj fenomen nazvao po rimskoj boginji jutra, Aurori. Ipak, on je imao pogrešno shvatanje da aurore nastaju usled prelamanja sunčeve svetlosti u atmosferi.

Henri Kevendiš je odredio 1790. godine da polarna svetlost nastaje na visini od 100-130km, a 1902. norveški fizičar Kristijan Briklend zaključuje iz svog eksperimenta i da je ona uzrokovana strujanjem gasa u višim slojevima atmosfere, što se poklapa sa sadašnjim razumevanjem polarne svetlosti.

Kako nastaje?

Proces nastanka aurore počinje na Suncu. Usled velike temperature korone (spoljašnji deo atmosfere zvezde), velike količine naelektrisanih čestica, većinom elektrona i protona, se oslobađaju sunčeve gravitacije I šire u svemir. Ove čestice, koje se kreću oko 500km/s i imaju temperaturu od skoro 800 000 stepeni celzijusa, predstavljaju solarni vetar.

Kad solarni vetar stigne do Zemlje, dolazi u kontakt sa njenim magnetnim poljem, koje ga sprečava da zbriše atmosferu I život na Zemlji. Magnetosfera blokira najveći deo pristiglih čestica, koje onda zaobilaze planetu I nastavljaju dalje kroz Sunčev sistem.

Umetnički prikaz delovanja magnetnog polja Zemlje. Izvor: Pinterest.

Deo njih ostaje zarobljen u jonosferi oko Zemljinih magnetnih polova (koji su udaljeni preko hiljadu kilometara od geografskih polova). U jonosferi, čestice solarnog vetra se sudaraju sa atomima kiseonika i azota iz atmosfere. Energija koja se oslobađa tokom ovih sudara izaziva pojavu svetla oko polova. Većinom se pojavljuje na visini od 80-600km od Zemljine površine.

Boja polarne svetlosti zavisi od elemenata sa kojima reaguju čestice solarnog vetra. Na primer, kiseonik emituje crvenu ili zelenu svetlost, koja se i najčešće viđa, a azot plavu svetlost. Oba mogu da emituju i ultraljubičasto zračenje, koje jedino mogu da detektuju kamere na satelitima.

Na boju utiče i to koliko je energije razmenjeno tokom sudara. Za energije od nekoliko elektronvolta aurora je crvene boje i nalazi se na visinama iznad 200km. Čestice sa energijama iznad 1000 eV se spuštaju niže i odgovorne su za zelenkasto-žutu boju aurora. One sa još višim energijama izazivaju pojavu svetlosti ispod 100km visine, i ona je obično crvene ili ljubičaste boje.

Tipovi aurora

Postoji nekoliko vrsta aurora. Najčešće su one u obliku luka (podsećaju na traku koja povezuje dve tačke na horizontu), i javljaju se u periodu slabe Sunčeve aktivnosti. Ovaj tip može lako da pređe u auroru sa nekoliko traka, koje su malo zakrivljenije. Zajedničko im je to što gube oblik tokom povećane aktivnosti na Suncu.

Slika 1: Prvi tip – “Luk”.Izvor: Pinterest.
Slika 2: Drugi tip – “Trake”. Izvor: Pinterest.

Sa povećanjem sunčeve aktivnosti javljaju se druga dva tipa polarne svetlosti – jedan koji nastaje uvijanjem lukova svetlosti i ima oblik pramenova; i Korona koja se opisuje kao kruna posmatrana odozdo, a karakteriše je velika raznovrsnost boja.

Slika 1: Treći tip –“ Zraci”. Izvor: Pinterest.
Slika 2: Četvrti tip – “Korona”. Izvor: Pinterest.

I najređi tip polarne svetlosti je difuzna aurora, koja nema neki specifičan oblik i zahteva posebnu opremu za posmatranje.

Gde se javlja polarna svetlost?

Kada je sunčeva aktivnost slabija, polarna svetlost se može stalno videti samo u maloj regiji oko magnetnih polova, na Antarktiku na jugu i u Arktičkom krugu na severu. Za severnu polarnu svetlost koristi se naziv Aurora Borealis, a na jugu je to Aurora Australis.

Satelitski snimak polarne svetlosti. Izvor: Pixabay.

Da bi se polarna svetlost videla malo dalje od polova, potrebna je veća aktivnost na Suncu, kao što je bila 2014. godine u toku solarnog maksimuma.

Jedino kada je u istoriji bilo moguće videti polarnu svetlost širom planete je tokom najveće zabeležene solarne oluje, 1859. godine.  Aurora Borealis je tada viđena u Honolulu, na Havajima, samo 21° severno od ekvatora. Još bliže ekvatoru je bila Aurora Australis, 1921. godine, iznad ostrvske države Samoa u južnom pacifiku, 13° ispod ekvatora.

Aurora na drugim planetama

Koristeći podatke sa letelica poput Kasini i teleskopa Habl, naučnici su uspeli da potvrde da i druge planete Sunčevog sistema imaju aurore.

Sve gasovite planete (Jupiter, Saturn, Uran I Neptun) imaju jako magnetno polje i gustu atmosferu, što predstavlja dobre uslove za stvaranje polarne svetlosti. Boja zavisi od gasova od kojih je sačinjena atmosfera planete, a kod Saturna recimo, aurore su uglavnom u ultraljubičastom spektru i nisu vidljive ljudskom oku.

Slika 1: Aurora na Jupiterovom severnom polu. Izvor: NASA.
Slika 2: Aurora na Saturnovom severnom polu. Izvor: NASA.

Na Merkuru, iako on ima magnetosferu, nema polarne svetlosti. Preblizu je Suncu da bi održao atmosferu, pa solarni vetar nema sa čime da reaguje.

Sa druge strane, i na Veneri i na Marsu se javljaju aurore, ali malo drugačije. Ove planete imaju dosta slabije magnetno polje od Zemljinog ili ga uopšte i nemaju, ali imaju atmosferu. Solarni vetar interaguje sa jonosferom i indukuje magnetno polje. Otkriveno je da se ovo magnetno polje pruža od Sunca, preusmerava naelektrisane čestice u atmosferu Venere I formira auroru.

Marsova atmosfera je suviše retka da bi se takav proces i tamo odigrao, a Aurora nastaje pomoću ostataka mnogo većeg magnetnog polja koje je nestalo hlađenjem jezgra planete. Interakcijom  solarnog vetra sa Marsovom atmosferom stvaraju se Aurore koje su ograničene na područja lokalizovanih magnetnih polja. Vidljive su samo u ultraljubičastom spektru.

Slika: Aurora na Marsu. Izvor: NASA.