Aurora polară este unfenomenoptic ce constă într-o strălucire intensă observată pe cerul nocturn în regiunile din proximitateazonelor polare, ca rezultat al impactului particulelor devânt solar încâmpul magneticterestru. Când apare înemisfera nordică, fenomenul e cunoscut sub numele deaurora boreală, termen folosit inițial deGalileo Galilei, cu referire lazeițaromană a zorilor,Aurora, și latitanul care reprezenta vânturile,Boreas. Apare în mod normal în intervalele septembrie-octombrie și martie-aprilie. Înemisfera sudică, fenomenul poartă numele deauroră australă, dupăJames Cook, oreferință directă la faptul că apare în sud.
Fenomenul nu este exclusiv terestru, fiind observat și pe alteplanete dinSistemul Solar, precumJupiter,Saturn,Marte șiVenus. Totodată, fenomenul este de origine naturală, deși poate fi reprodus artificial prinexplozii nucleare sau în laborator.
Aurora apare în mod obișnuit atât ca o strălucire difuză cât și ca o cortină extinsă în spațiu orizontal. Câteodată se formează arcuri care își pot schimba forma permanent. Fiecare cortină este compusă dintr-o serie de raze paralele și aliniate pe direcția liniilor de câmp magnetic, sugerând faptul că fenomenul de pe planeta noastră este aliniat cucâmpul magnetic terestru. De asemenea, variabilitatea unor anumiți factori poate determina formarea de linii aurore de tonalități și culori diferite.[1]
Aurora polară terestră e provocată de ciocnirea unor particule încărcate electric (de exempluelectroni) dinmagnetosferă cu atomi din straturile superioare ale atmosferei terestre, aflate la altitudini de peste 80 km. Aceste particule electrice au oenergie de 1 până la 15keV iar coliziunea lor cu atomii de gaz din atmosferă determină energizarea acestora din urmă. Prin fiecare coliziune o parte din energia particulei este transmisă atomului atins, într-un proces de ionizare, disociere și excitare a particulelor. În timpul ionizării, electronii se desprind de atom, care încarcă energie și determină un efect de ionizare de tip domino în alți atomi. Excitația rezultă în emisie, ducând atomul în stări instabile, dat fiind că aceștia emit lumină în frecvențe specifice când se stabilizează. Dacă procesul de stabilizare aoxigenului durează până la o secundă,azotul se stabilizează și emite lumină instantaneu. Acest proces, esențial în formareaionosferei terestre, este comparabil cu cel ce stă la baza ecranului detelevizor: electronii ating suprafața defosfor, alterând nivelul de energie al moleculelor, fapt care rezultă în emisiunea de lumină.
În general, efectul luminos este dominat de emisiunea de atomi de oxigen în straturile superioare ale atmosferei (aproximativ 200 de kilometri de altitudine), care produce tonalitateaverde. Când se produc furtuni puternice, straturile inferioare ale atmosferei sunt atinse devântul solar (la aproximativ 100 de kilometri altitudine), producând tonalitatearoșu închis prin emisiunea de atomi de azot (predominantă) și oxigen. Atomii de oxigen emit tonalități de culori variate, deși, de cele mai multe ori, se întâlnesc roșul sau verdele.
Fenomenul poate apărea și ca o luminescențăultravioletă,violetă saualbastră, datorată atomilor de azot, prima dintre acestea putând fi foarte bine observată din spațiu (dar nu de pe Pământ, pentru că atmosfera absoarbe razele UV).SatelitulNASAPolar a observat efectul înraze X, imaginile ilustrând precipitații de electroni de energie ridicată.
Interacțiunea între moleculele de oxigen și azot, ambele generatoare de tonalități ale culorii verde, creează efectul de „linie verde aurorală”. În același fel, interacțiunea dintre acești atomi poate produce efectul de „linie roșie aurorală”, deși mai rar și prezent în altitudini mai ridicate.
Planeta noastră este atinsă permanent devânturi solare, fluxuri rarefiate deplasmă caldă (gaz de electroni liberi șicationi) emise deSoare în toate direcțiile, ca rezultat al temperaturii înalte acoroanei solare, stratul exterior alstelei. Pe duratafurtunilor magnetice, fluxurile pot fi mai puternice, asemenea câmpului magnetic interplanetar apărut între două corpuri celeste, determinând conturbareaionosferei în răspuns la furtuni. Asemenea tulburări afectează calitatea comunicațiilor radio sau a sistemelor de navigare, putând afectaastronauții din aceste regiuni,celulele solare ale sateliților artificiali, indicațiabusolelor și acțiunearadarelor. Acțiunea ionosferei este complexă și dificil de modelat, îngreunând prezicerea fenomenelor de acest tip.
Magnetosfera terestră este o regiune din spațiu dominată decâmp magnetic. Ea se constituie ca un obstacol în drumul vântului solar, cauzând dispersarea sa pe sensul de întoarcere. Lățimea sa este de aproximativ 190 000 Km, iar în timpul nopților o lungăcoadă magnetică se extinde pe distanțe chiar și mai mari.
Aurorele sunt încadrate în general în regiuni cu format oval, apropiate polurilor magnetice. Când activitatea efectului este calmă, regiunea dispune de o dimensiune medie de 3 mii de kilometri, putând varia până la 4 sau 5 mii de kilometri când vânturile solare se intensifică.
Sursa de energie a aurorelor este dată devânturile solare care circulă pe Terra. Atâtmagnetosfera, cât și vânturile solare pot conduceelectricitate. Este cunoscut faptul că dacă douăconductoare electrice legate într-uncircuit electric sunt introduse într-uncâmp magnetic, iar unul dintre ele se deplasează în jurul celuilalt, în circuit este generat uncurent electric. Generatoarele electrice și dinamurile utilizează acest principiu, însă conductoarele tradiționale pot fi înlocuite de plasme sau chiar alte fluide. În acest context, vântul solare și magnetosfera sunt fluide conductoare de electricitate cu mișcare relativă, fiind astfel capabile să genereze curent electric, care produce efect luminos.
Cum polurile magnetice și geografice ale planetei noastre nu sunt aliniate, în același fel regiunile aurorale nu sunt aliniate cu polul geografic. Cele mai bune puncte de observație a aurorelor se găsesc înCanada pentru aurorele boreale și pe insulaTazmania sau în sudulNoii Zeelande pentru aurorele australe.
Aurorele se pot forma de asemenea prin explozii nucleare în straturile superioare aleatmosferei (la 400 km). Acest fenomen a fost demonstrat prin aurora artificială creată în urmatestului nuclearamericanStarfish Prime la9 iulie1962. Atunci, cerul din regiuneaOceanului Pacific a fost iluminat de către auroră pentru mai mult de șapte minute. Acest efect a fost anticipat de omul de științăNicholas Christofilos, care lucrase la alte proiecte referitoare la exploziile nucleare. Potrivit veteranului american Cecil R. Coale, anumite hoteluri dinHawaii au organizatpetreceri ale bombei curcubeu pe acoperișurile lor pentru a acompania proiectulStarfish Prime, contrazicând rapoartele oficiale care indicau aurora artificială ca improbabilă. Fenomenul a fost filmat pe Insula Samoa, situată la o distanță de 3 200 Km de insula Johnston, locația exploziei.
Simulări ale efectului în laborator au început să fie produse la finalulsecolului al XIX-lea de către omul de științănorvegianKristian Birkeland, care a demonstrat, utilizând o cameră de vid într-o sferă, că electronii erau atrași de regiunile polare ale sferei. Recent, cercetătorii au reușit să creeze un efect auroral de culoare verde, cu vizibilitate redusă pe Terra, emițând raze radio pe cerul nocturn. La fel ca în cazul fenomenului natural, particulele atingeau ionosfera, stimulând electronii din plasmă. La ciocnirea electronilor cu atmosfera terestră erau emise razele de lumină. Acest experiment a adus noi informații despre efectele ionosferei în comunicațiile prin radio.[2]
Auroră peJupiter. Punctul luminos din extremitatea stângă reprezintă limitacâmpului magnetic exercitat de satelitulIo, în timp ce punctele de mai jos sunt provocate deGanymede șiEuropa
AtâtJupiter cât șiSaturn posedă câmpuri magnetice mult mai puternice decât cele terestre (Uranus,Neptun șiMercur sunt de asemenea magnetice) și dispun ambele de centuri de radiații. Efectul de auroră polară a fost observat pe ambele planete, mai clar, cutelescopul Hubble.[3]
Aceste efecte de auroră par să fie provocate de vânturile solare. Pe de altă parte, lunile planetei Jupiter, în specialIo, sunt la rândul lor surse importante producătoare de aurore. Aurorele sunt formate de curenții electrici din câmpul magnetic, generați de mecanismul de dinam relativ la mișcările de rotație a planetei și de translație a lunii sale. În particular, Io arevulcani activi și oionosferă, iar curenții săi generează emisiunea de unde radio, fenomen studiat din1955.[3]
Ca și cele terestre, aurorele de pe Saturn creează regiuni ovale totale sau parțiale în jurul polului magnetic.[3] Pe de altă parte, aurorele produse pe această planetă durează de obicei zile, spre deosebire de cele terestre care durează abia câteva minute. Evidențele[4] arată că emisiile de lumină din cadrul fenomenelor de auroră produse pe Saturn sunt datorate participării emisiilor de atomi dehidrogen.
Sonda spațialaMars Express a detectat în2004 o auroră peMarte. Marte deține uncâmp magnetic mai slab decât cel terestru, iar până la acel moment se credea că lipsa unui câmp magnetic puternic ar face imposibilă apariția unui asemenea efect[3][5]. S-a constatat că sistemul de aurore de pe Marte este similar celui de pe Terra, fiind comparat cu furtunile de slabă și medie intensitate petrecute pe Pământ. Cum planeta se plasează întotdeauna cu latura sa diurnă spre planeta noastră, observarea efectelor de auroră e posibilă doar prin intermediul misiunilor spațiale care să învestigheze partea nocturnă a planetei roșii.
Venus, care nu posedă uncâmp magnetic, prezintă de asemenea fenomenul de auroră, prin care particulele atmosferice sunt ionizate în mod direct de către vânturile solare, fenomen prezent de asemenea pe Pământ.[3]
Aurorele boreale sunt studiate la nivel științific încă dinsecolul XVII. În1621,astronomulfrancezPierre Gassendi a descris fenomenul observat în sudul Franței. În același an, astronomulitalianGalileo Galilei a început investigarea fenomenului ca parte dintr-un studiu referitor la mișcările astrelor cerești. Faptul că raza acoperită de studiul său era continentul european s-a concretizat în observarea fenomenului în nordul continentului, de unde numele de auroră boreală. Însecolul XVIII navigatorulenglezJames Cook a constatat prezența fenomenului observat de Galileo înOceanul Indian, botezându-l aurora australă. De atunci a devenit clar că efectul nu era exclusiv emisferei nordice terestre, motiv pentru care a apărut denumirea de auroră polară. În aceeași epocă, astronomulbritanicEdmond Halley a emis ipoteza potrivit căreia câmpul magnetic terestru ar fi legat de fenomenul de formare a aurorelor boreale. În1741,Hiorter șiAnders Celsius au fost primii care au înregistrat evidențe ale controlului magnetic când se observau aurorele.
Henry Cavendish a calculat în1768 altitudinea la care apare fenomenul, însă a fost abia în1896 când prima auroră a fost reprodusă în laborator de cătreKristian Birkeland. Omul de știință, a cărui experimente în camera de vid cu raze de electroni și sfere magnetice au demonstrat că electronii se orientau spre regiunile polare, a propus în1900 ipoteza conform căreia electronii din auroră ar proveni din razele solare. Această presupunere este problemtică datorită lipsei de dovezi în spațiu, nemaifiind considerată valabilă în cercetarea actuală. Birkeland[6] a dedus totodată în1908 orientarea de la est la vest a curenților magnetici.
Alte evidențe ale legăturii dintre fenomen și câmpul magnetic sunt registrele statistice ale aurorelor polare.Elias Loomis (1860) și, mai târziu,Hermann Fritz (1881)[7] au stabilit că aurora apare de principiu într-o regiune de forma unui inel pe o rază de aproximativ 2500 de kilometri depărtare de polul magnetic terestru. Loomis a descoperit totodată legătura dintre formarea aurorelor și activitatea solară, observând ocurența aurorelor boreale în Canada, într-un interval de 20 până la 40 de ore după o erupție solară.
Auroră polară produsă în laborator
Lucrările luiCarl Stormer în domeniul mișcării particulelor electrificate în câmp magnetic au facilitat comprehensiunea mecanismului de formare a aurorelor. Îndeceniul 1950 a fost descoperită emisia de materie aSoarelui, denumităvânt solar, efect care explică, între altele, și poziționarea coziicometei, întotdeauna opusă față de Soare. Această teorie a fost formulată de fizicianul americanNewman Parker în1957, fiind confirmată în anul următor de satelitulExplorer I. Începând de atunci,explorarea spațială a permis augmentarea cunoștințelor despre aurorele terestre, și totodată observarea fenomenului pe alte planete, ca Jupiter și Saturn.
James Van Allen a invalidat în1962 teoria potrivit căreia aurora constituie excesulcenturii de radiații. El a demonstrat că gradul mare dedisipare aenergiei aurorei ar seca rapid întreaga centură de radiații. Curând după aceea s-a constatat că cea mai mare parte a energiei rezidă încationi, în timp ce particulele aurorei sunt aproape întotdeauna electroni cu energie relativ scăzută.
În1972 s-a descoperit faptul că aurorele și curenții magnetici asociați lor produc o puternică emisie de radio de 150kHz, efect ce poate fi observat doar din spațiu.
Culoarea observată cel mai adesea are o tonalitate tipică de galben-verzui, fiind produsă de moleculele de oxigen situate la înălțimea de circa 96 kilometri.
Aurorele de culoare roșie sunt rare și sunt produse de particulele de oxigen situate la înălțimi de peste 320 kilometri.
Moleculele de azot produc aurore boreale de culoare albastră sau albastră-purpurie.
Au mai fost observate aurore de culoare galbenă și violet, dar sunt extrem de rare.[8]
Actualmente, diverse persoane continuă să relateze despre aceste sunete, în ciuda faptului că înregistrări ale lor nu au fost publicate niciodată și ținând cont că există suspiciuni științifice serioase la ideea cum că asemenea sunete provocate de aurore au fost auzite. Energia aurorelor și alți factori fac improbabilă atingerea solului de către aceste sunete, iar sincronizarea sunetelor cu modificările vizibile ale aurorei intră în conflict cu decalajul de timp necesar propagării sunetului pentru ca acesta să fie auzit. Anumite persoane speculează că fenomenele electrostatice induse de aurore pot explica sunetele.
Walkiriile sunt fecioare belicoase, suite pe cai și înarmate cu căști și lănci. /.../ Când ele călăresc înainte în misiunea lor, armurile lor emană o lumină stranie tremurată, care străfulgeră cerurile nordice, făcând ceea ce oamenii numesc „aurora borală” sau „Lumina Nordului”.[10]
—Thomas Bulfinch
În ciuda unei descrieri marcante, nu sunt relatări în literatura scandinavă care să susțină această afirmație. Deși activitatea aurorală este frecventă astăzi înScandinavia șiIslanda, e posibil ca polul nord magnetic să fi fost situat destul de departe de această zonă în secolele anterioare documentării mitologiei nordice, explicându-se astfel lipsa de referințe.[11].
Prima mențiune desprenorðurljós în mitologia nordică se regăsește în cronicaKonungs Skuggsjá (1250). Autorul său a auzit despre fenomen de la compatrioții săi întorși dinGroenlanda și furnizează trei explicații: că oceanul ar fi fost înconjurat de focuri vaste, că razele solare ar fi putut atinge „latura nocturnă” a lumii sau căghețarii ar putea stoca energie așa încât să devinăfluorescenți.
Un vechi numescandinav pentru Luminile Nordului se traduce cafulger de scrumbie. Se credea că luminile erau reflexe lansate de mari maldăre descrumbii spre cer. O altă sursă scandinavă se referă lafocurile care înconjoară extremele nordică și sudică a lumii. Această sursă evidențiază faptul că nordicii au reușit să se aventureze înAntarctica, deși o singură referință este insuficientă pentru a extrage o concluzie solidă.
Numelefinlandez pentru auroră esterevontulet, care semnificăfocuri de vulpe. Potrivit legendei, vulpile de foc trăiau înLaponia, iarrevontulet erau scânteile pe care le scoteau acestea cu cozile lor.
Înestoniană se cheamăvirmalised, spirite din regate înalte. În anumite legende acestea au caracter negativ în timp ce în altele sunt personaje pozitive.
Poporul Sami credea că omul trebuia să fie liniștit și silențios când era văzut de luminile nordului (denumiteguovssahasat în limba sa). A lua în derâdere luminile nordului sau a cânta despre ele era considerat a fi periculos, putând cauza luminile să descindă și să ucidă persoana în cauză.Algonchinii credeau că luminile erau strămoșii lor dansând în jurul unui foc ceremonial. În folclorulinuit, aurora boreală era compusă din spiritele morților care jucaufotbal cu cranii umane în ceruri. Inuiții foloseau totodată aurora pentru a-și chema copiii acasă înainte de lăsarea întunericului, susținând că dacă o persoană scotea sunete în prezența ei, aurora ar fi coborat și ar fi incendiat-o.
Poză a unei aurore australe făcută în2005 de satelitulNASAIMAGE, suprapusă digital peste„Blue Marble”
În folclorulleton, în special dacă este de culoare roșie și apare iarnă, aurorele sunt considerate a fi sufletele războinicilor morți, semn precursor unui mare dezastru (război sau foamete).
M-am uitat și iată a venit de la miază-noapte un vânt năprasnic, un nor gros și un snop de foc, care răspândea de jur împrejur o lumină strălucitoare, din mijlocul căreia sclipea ceva ca un metal incandescent în mijlocul focului.
Aurorele au fost reprezentate cu multe ocazii în mediul cinematografic, între altele în filmul animatHappy Feet - Mumble cel mai tare dansator, a cărui acțiune se petrece înAntarctica și prezintă o auroră australă. În filmulFrecvența vieții din2000 cuDennis Quaid, o auroră boreală cauzează o anomalie temporală. În consecință, un fiu a reușit să comunice cu tatăl său printr-o stație deradioamator în trecut, schimbând cursul istoriei.
Fenomenul a trezit atenția și înmuzică șipoezie. PoetulamericanWallace Stevens a denumit „The Auroras of Autumn” (ceea ce înengleză înseamnă „aurorele toamnei”) unul dintre lungile salepoeme, precum și volumul de poeme din1950 în care a apărut acesta. Luminile Nordului sunt menționate în cântecul „Amber Waves” al compozitoarei americaneTori Amos; aurorele constituie totodată tema cântecului omonim din1978 al formațieifolk rockRenaissance. MuzicianulNeil Young s-a referit la aurora boreală în cântecul său „Pocahontas”, publicat pe albumulRust Never Sleeps. FormațiafinlandezăThe Rasmus menționa de asemenea fenomenul în cântecul „Still Standing” de pe albumul lor din2003 numitDead Letters.
enEather, Robert H. (1980). American Geophysical Union, ed.Majestic Lights - The Aurora in Science, History, and The Arts.Washington, DC.ISBN 0-87590-215-4.Verificați datele pentru:|date= (ajutor)
enSavage, Candace Sherk (1994 /2001). Sierra Club Books / Firefly Books, ed.Aurora - The Mysterious Northern Lights.San Francisco.ISBN 0-87156-419-X.Verificați datele pentru:|date= (ajutor)
.jpg)
