Magiczny spektakl nieziemskich świateł, tańczący na nocnym niebie, zachwyca każdego szczęśliwca, który miał okazję go doświadczyć. Zorza polarna to zjawisko naturalne, które od wieków zadziwia, zastanawia i inspiruje mieszkańców naszej planety.
Proces powstawania zorzy polarnej
Zorza polarna, znana również jako aurora borealis na północy, a aurora australis na południu, to skomplikowane zjawisko astronomiczne. Jego źródłem jest Słońce, a konkretniej plazma, czyli zjonizowany gaz, emitowany przez naszą gwiazdę. Plazma ta, zwana wiatrem słonecznym, dociera do Ziemi z prędkością 400-800 km/s, a jej składniki to zdecydowanie głównie elektrony i protony.
Wiatr słoneczny, pokonując 150 milionów kilometrów, dochodzi do naszej planety i wchodzi w interakcję z polem magnetycznym Ziemi. Elektrony przenoszone wiatrem słonecznym są przyspieszane polem magnetycznym Ziemi do wysokich prędkości, a następnie kierowane ku biegunom magnetycznym.
Gdy prędkość tych cząstek jest na tyle duża, mogą one wniknąć do atmosfery ziemskiej. Tam dochodzi do zderzenia z tlenem i azotem. To zderzenie prowadzi do emisji światła, które widzimy jako zorzę polarną.
Mechanizm działania zjawiska zorzy polarnej
Różne kolory zorzy polarnej są efektem oddziaływania elektronów z różnymi pierwiastkami w atmosferze ziemskiej. Głównymi składnikami powietrza, biorącymi udział w tym procesie, są azot i tlen. Towarzyszą temu różne procesy kwantowe, które determinują barwę emitowanego światła.
Wysoce energetyczne elektrony, które wnikają do górnych warstw atmosfery ziemskiej, mogą zderzać się z atomami tlenem i azotem. W takim zderzeniu elektron atomowy zostaje „wyrzucony” z powłoki atomu na wyższy poziom energii. Gdy potem wraca na swoje miejsce, emituje foton – cząstkę światła.
Kolory widziane podczas zorzy polarnej zależą od typu atomu i wysokości, na której dochodzi do zderzenia. Zielone i czerwone odcienie to wynik interakcji z atomami tlenu. Przy kolizjach na wysokości około 100-200 km dominuje zielone światło, powyżej 200 km – czerwone. Azot natomiast jest odpowiedzialny za niebieskie i purpurowe barwy zorzy polarnej.
Warunki niezbędne do obserwacji zorzy polarnej
Chociaż zorza polarna jest efektem procesu zachodzącego w otoczeniu Ziemi, nie oznacza to, że możemy ją obserwować z każdego miejsca na naszej planecie. Istnieje wiele czynników wpływających na możliwość zobaczenia tego pięknego zjawiska.
Najważniejszym czynnikiem jest nasza geograficzna pozycja. Zorze polarne najczęściej można obserwować w strefie okołobiegunowej, na szerokościach geograficznych 65-75 stopni. Dlatego najlepszymi miejscami do obserwacji są Skandynawia, Kanada, Alasca oraz obszary antarktyczne.
Równie ważny jest cykl aktywności słonecznej. Wiatr słoneczny – główne źródło zorzy polarnej – jest niejednolity i zmienia się w 11-letnim cyklu. W okresach maksymalnej aktywności, zwanych maksimum słonecznym, możliwość zobaczenia zorzy znacznie wzrasta.
Porą roku, w której zdecydowanie najłatwiej zaobserwować zorzę polarną, jest zima. Wówczas noce są długie i ciemne, co sprzyja obserwacji zjawiska. Ważna jest jednak również pogoda – niebo powinno być bezchmurne.
Zorza polarna to wyjątkowe zjawisko, które łączy naukę fizyki z niesamowitym spektaklem przenoszącym nas w inny, magiczny świat. Zrozumienie mechanizmu jej powstawania to fascynująca podróż w głąb procesów zachodzących we Wszechświecie.
