Auroră polară
Aurora polară este un fenomen optic ce
constă într-o strălucire intensă observată pe cerul nocturn în regiunile din
proximitatea zonelor polare, ca rezultat al impactului
particulelor de vânt solar în câmpul magnetic terestru.
Când apare în emisfera nordică,
fenomenul e cunoscut sub numele de aurora
boreală, termen folosit inițial de Galileo Galilei, cu referire la zeița romană a zorilor, Aurora, și la titanul care
reprezenta vânturile, Boreas.
Apare în mod normal în intervalele septembrie-octombrie și martie-aprilie. În emisfera sudică, fenomenul poartă numele de auroră australă, după James Cook, o referință directă la faptul că apare în sud.
Fenomenul nu este exclusiv terestru, fiind observat
și pe alte planete din sistemul solar, precum Jupiter, Saturn, Marte și Venus.
Totodată, fenomenul este de origine naturală, deși poate fi reprodus
artificial prin explozii nucleare sau în laborator.
Mecanism
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 cu câmpul
magnetic terestru. De asemenea, variabilitatea unor anumiți factori poate
determina formarea de linii aurore de tonalități și culori diferite.
Aurora polară terestră
Aurora polară terestră e provocată de
ciocnirea unor particule încărcate electric (de exemplu electroni) din magnetosferă cu
atomi din straturile superioare ale atmosferei terestre, aflate la altitudini
de peste 80 km. Aceste particule electrice au o energie de
1 până la 15 keV 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 a oxigenului durează
până la o secundă, azotul se stabilizează și emite lumină
instantaneu. Acest proces, esențial în formarea ionosferei terestre,
este comparabil cu cel ce stă la baza ecranului detelevizor: electronii ating suprafața de fosfor, 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 tonalitatea verde.
Când se produc furtuni puternice, straturile inferioare ale atmosferei sunt
atinse de vântul
solar (la aproximativ
100 de kilometri altitudine), producând tonalitatea roșu 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 luminescență ultravioletă, violetă sau albastră, 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). Satelitul NASA Polar a observat efectul în raze 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 de vânturi solare, fluxuri rarefiate de plasmă caldă
(gaz de electroni liberi și cationi) emise de Soare în toate direcțiile, ca rezultat al
temperaturii înalte a coroanei
solare, stratul exterior al stelei.
Pe durata furtunilor
magnetice, fluxurile pot fi mai puternice, asemenea câmpului
magnetic interplanetar apărut între două corpuri celeste, determinând
conturbarea ionosferei în
răspuns la furtuni. Asemenea tulburări afectează calitatea comunicațiilor radio sau a
sistemelor de navigare, putând afecta astronauții din aceste regiuni, celulele solare ale sateliților artificiali, indicația busolelor și acțiunea radarelor.
Acțiunea
ionosferei este complexă și dificil de modelat, îngreunând prezicerea fenomenelor
de acest tip.
Magnetosfera terestră
este o regiune din spațiu dominată de câmp
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 lungă coadă 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 de vânturile solare care circulă pe Terra. Atât magnetosfera, cât și vânturile solare pod
conduce electricitate. Este cunoscut faptul că dacă
două conductoare electrice legate într-un circuit electric sunt introduse într-un câmp magnetic, iar unul dintre ele se
deplasează în jurul celuilalt, în circuit este generat un curent 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
în Canadapentru aurorele boreale și pe insula Tazmania sau în sudul Noii Zeelande pentru aurorele australe.
Auroră
artificială
Aurorele se pot forma de asemenea prin
explozii nucleare în straturile superioare ale atmosferei (la
400 km). Acest fenomen a fost demonstrat prin aurora artificială creată în urma testului nuclear american Starfish Prime la 9 iulie 1962.
Atunci, cerul din regiunea Oceanului Pacific a fost iluminat de către auroră pentru
mai mult de șapte minute.
Acest efect a fost anticipat de omul de știință Nicholas
Christofilos, care lucrase la alte proiecte referitoare la
exploziile nucleare. Potrivit veteranului american Cecil R. Coale, anumite
hoteluri din Hawaii au
organizat petreceri ale bombei
curcubeu pe acoperișurile lor pentru a
acompania proiectul Starfish
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 finalul secolului XIX de către omul de știință norvegian Kristian 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.
Auroră pe Jupiter.
Punctul luminos din extremitatea stângă reprezintă limita câmpului magnetic exercitat de satelitul Io,
în timp ce punctele de mai jos sunt provocate de Ganymedeși Europa
Atât Jupiter cât și Saturn posedă
câmpuri magnetice mult mai puternice decât cele terestre (Uranus, Neptun și Mercur sunt de asemenea magnetice) și dispun ambele de
centuri de radiații. Efectul
de auroră polară a fost observat pe ambele planete, mai clar, cu telescopul Hubble.[3]
Aceste efecte de auroră par să fie provocate
de vânturile solare. Pe de altă parte, lunile planetei Jupiter, în special Io,
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 are vulcani activi
și o ionosferă, iar curenții săi generează
emisiunea de unde radio, fenomen studiat din 1955.[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 de hidrogen.
O auroră a fost detectată recent pe Marte de către sonda spațiala Mars Express în
timpul misiunii sale în 2004,
ale cărei rezultate au fost publicate anul următor. Marte deține un câmp 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[5][3]. 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 un câmp 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]
Istoricul cercetărilor
Aurorele boreale sunt studiate la nivel științific încă din secolul XVII. În 1621, astronomul francez Pierre Gassendi a descris fenomenul observat în sudul
Franței. În același an, astronomul italian Galileo 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. În secolul XVIII navigatorul englez James Cook a
constatat prezența
fenomenului observat de Galileo în Oceanul 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, astronomul britanic Edmond Halley a emis ipoteza potrivit căreia câmpul
magnetic terestru ar fi legat de fenomenul de formare a aurorelor boreale. În 1741, Hiorter și Anders Celsius au fost primii care au înregistrat
evidențe ale
controlului magnetic când se observau aurorele.
Henry Cavendish a calculat în 1768 altitudinea la care apare fenomenul,
însă a fost abia în 1896 când prima auroră a fost reprodusă în
laborator de către Kristian 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 în 1900 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 în 1908 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.
Lucrările lui Carl
Stormer în domeniul mișcării particulelor
electrificate în câmp magnetic au facilitat comprehensiunea mecanismului de
formare a aurorelor. În deceniul
1950 a fost
descoperită emisia de materie a Soarelui,
denumită vânt solar, efect care explică, între altele, și poziționarea cozii cometei, întotdeauna opusă față de Soare. Această
teorie a fost formulată de fizicianul american Newman
Parker în 1957,
fiind confirmată în anul următor de satelitul Explorer
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 în 1962 teoria potrivit căreia aurora
constituie excesul centurii
de radiații. El a demonstrat că gradul mare de disipare
a energiei aurorei ar seca rapid întreaga centură de radiații. Curând după aceea
s-a constatat că cea mai mare parte a energiei rezidă în cationi, în timp ce particulele aurorei sunt aproape
întotdeauna electroni cu energie relativ scăzută.
În 1972 s-a descoperit faptul că aurorele și curenții magnetici asociați lor produc o puternică
emisie de radio de 150 kHz,
efect ce poate fi observat doar din spațiu.
Fenomenul în cultura populară
Sunetele
aurorei
În decursul istoriei, diverse persoane au
scris și vorbit
despre sunete asociate fenomenului de auroră. Exploratorul danez Knud Rasmussen menționa acest efect în 1932 în descrierea tradițiilor folclorice aleeschimoșilor din Groenlanda. Aceleași sunete sunt menționate în același context de
antropologul canadian Ernest
Hawkes în 1916. Caius
Cornelius Tacitus, un istoric din Roma antică, scria în opera sa „Germania”
că locuitorii Germaniei susțineau perceperea acelorași sunete [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.
Aurora
în folclor
În Mitologia
după Bulfinch (1855)
de Thomas
Bulfinch există câteva
idei preluate din mitologia nordică:
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”.[9]
|
—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 și Islanda, 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. [10].
Prima mențiune despre norðurljós în mitologia nordică se regăsește în cronica Konungs Skuggsjá (1250).
Autorul său a auzit despre fenomen de la compatrioții săi întorși din Groenlanda 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 devină fluorescenți.
zută de pe Stația Spațială InternaționalăUn vechi nume scandinav pentru
Luminile Nordului se traduce ca fulger
de scrumbie. Se credea că luminile erau reflexe lansate de mari maldăre de scrumbii spre
cer. O altă sursă scandinavă se referă la focurile
care înconjoară extremele nordică și sudică a lumii. Această sursă evidențiază faptul că nordicii au reușit să se aventureze în Antarctica, deși o singură referință este insuficientă
pentru a extrage o concluzie solidă.
Numele finlandez pentru auroră este revontulet, care semnifică focuri de vulpe. Potrivit
legendei, vulpile de foc trăiau în Laponia, iar revontulet erau scânteile pe care le scoteau
acestea cu cozile lor.
În estoniană se
cheamă virmalised, 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 (denumite guovssahasat 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 folclorul inuit,
aurora boreală era compusă din spiritele morților care jucau fotbal cu
cranii umane în ceruri. Inuiții foloseau totodată aurora pentru a-și chema copii acasă
înainde 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 în 2005 de satelitul NASA IMAGE, suprapusă digital peste„Blue Marble”
În folclorul leton, 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).
E considerat o referire la aurore un fragment biblic din cartea lui Ezechiel:
Aurora în media
Aurorele au fost reprezentate cu multe ocazii
în mediul cinematografic, între altele în filmul animat Happy Feet - Mumble cel mai tare dansator,
a cărui acțiune se
petrece în Antarctica și prezintă o auroră
australă. În filmul Frecvența vieții din 2000 cu Dennis Quaid, o auroră boreală cauzează o
anomalie temporală. În consecință, un fiu a reușit să comunice cu tatăl său printr-o stație de radioamator în
trecut, schimbând cursul istoriei.
Fenomenul a trezit atenția și în muzică și poezie. Poetul american Wallace Stevens a denumit „The Auroras of Autumn”
(ceea ce în engleză înseamnă
„aurorele toamnei”) unul dintre lungile sale poeme,
precum și volumul de
poeme din 1950 în care a apărut acesta. Luminile Nordului
sunt menționate în
cântecul „Amber Waves” al compozitoarei americane Tori Amos; aurorele constituie totodată tema
cântecului omonim din 1978 al formației folk rock Renaissance.
Muzicianul Neil Young s-a
referit la aurora boreală în cântecul său „Pocahontas”, publicat pe albumul Rust
Never Sleeps. Formația finlandeză The Rasmus menționa de asemenea
fenomenul în cântecul „Still Standing” de pe albumul lor din 2003 numit Dead
Letters.
În jocul
electronic The
X-Files: The Game (Dosarele X: Jocul) „luminile” sunt
utilizate de Guvernul Federal al Statelor Unite ale Americii pentru a ascunde existența vieții extraterestre și a OZN-urilor.
În benzile desenate,
o membră a echipei de supereroi Alpha Flight,
creată de Marvel Comics, se cheamă Aurora,
făcând referire la Luminile Nordului.
Formația muzicală Sonata Arctica Are o piesa instrumentală
denumita sugestiv "Revontulet", care este denumirea in Finlandeza a
Aurorei Polare.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu