A Sarki fények

A Nap fénye bolygónk különböző tájait különböző mértékben éri. Ahogy az egyenlítőtől közelítünk a sarkok felé, a napsugarak beérkezési szöge egyre kisebb lesz, egyre kevésbé tudják megvilágítani és felmelegíteni a felszínt és a légkört. Ennek is köszönhető, hogy míg a forró éghajlatú egyenlítő mentén szinte az év minden napján 12 óráig van nappal és 12 óráig van éjszaka, a sarkok felé haladva, a különböző évszakokban tapasztalható napsütéses órák száma erősen ingadozni kezd. Ez egészen odáig folytatódik, hogy az északi és a déli sarkon, a nyár tulajdonképpen maga a nappal és a tél pedig maga az éjszaka. 6 hónapnyi világosság és 6 hónapnyi sötétség. A magasabb szélességen lévő országokban a tél hónapjaiban csak 3, vagy 5 óráig jön fel a Nap a horizont fölé, a többi 20 óra már éjszaka. Mégis e tájak népei olyan csodát láthatnak, amit a napsütöttebb földek lakói csak igen ritkán. Mintha az ég oszlopai táncolnának gyönyörű színekben a szemünk elött. A feketeséget hirtelen zöld, kék, vörös és lila színekbe öltöző sugarak hullámzásai lepik el. A Nap különleges ajándéka ez a hosszú éjszakában élőknek. Ez a sarki fény.

Aurora borealis

Az északi sarki fények gyakori jelenségek Alaszkában, Észak – Kanadában, Grönlandon Izlandon, a Skandináv országokban és Oroszországban. Az északi sarki fényeknek neve: Aurora Borealis a délieké Aurora Australis. Elnevezésüket onnan kapták, hogy Aurora a hajnal istennőjének a neve a görög és a római mitológiákban, a borealis görög jelentése szél. Latinul a borealis
„északit” és az australis  „délit” jelent. A sarkok körül található azon területeket, amelyeken ezek a fények legtöbbször előfordulnak, Aurora oválisnak nevezzük.

Hiedelmek

Amennyi nép látta, annyi hiedelem övezi az Aurora Borealist. Egyes őslakos amerikai törzsek úgy hitték, hogy őseik szellemei járnak az égen, vagy a teremtőjük gondviselését jelzi. Ázsiában a jó és gonosz sárkány csatájának tüzét látták meg benne. A norvégok úgy vélték, hogy a Valkűrök páncélján csillan meg a fény, ahogy ítélnek a csatában elesettek felett, mások szerint ez volt az isteneik hídja a Bifröszt. A finnek szerint a tűzróka olyan gyorsan futott át a havon, hogy farkának szikrái felemelkedtek az égig. A bálnák lőtték fel a vizet az égig, vagy messzi hegyek törpéinek üstjének a füstje? Az embereket mindig is lenyűgözte eme páratlan csoda. De mi a tudományos magyarázat a fények mögött? Hogyan jönnek létre? Mikor? Miért leggyakrabban a magas szélességeken keletkeznek? Mi a magyarázat a különböző színeire, formáira?

Tudományos magyarázat

A Nap és a Föld

Ahhoz, hogy teljesen megértsük a sarki fények kialakulásának folyamatát, meg kell ismernünk a kialakulásához szükséges tényezőket. Először is bolygónknak van egy mágneses tere. Ezen mágneses mező védi meg a földi életet a napszél töltött részecskéitől és az űrből érkező káros sugárzásoktól. Ha ezen akadályok nélkül érnék el a légkört, akkor könnyen szétszednék a felső ózon réteget, ami viszont megvéd minket a káros UV sugárzástól. A Föld mágneses mezője tehát a mi állandó védőpajzsunk. A Föld belsejében található az 5 – 6000 Celsius fokos forró vasból és nikkelből álló mag. A mag két részre osztható, a szilárd belső és a folyékony külső magra. A folyékony külső magban folyamatos áramlatok vannak. Ezek az áramlatok alakítják ki a Földünk mágneses terét. Legegyszerűbben ezt, úgy lehet elképzelni, mintha egy gigantikus rúdmágnes lenne a bolygónk belsejében. Minden mágnesnek legalább két pólusa van. A negatív pólus az északi sark, a pozitív pólus pedig a déli sark közelében található. Mivel a két pólus nem esik egybe, ezért megkülönböztetjük tehát a földrajzi északi/déli és a mágneses északi/déli sarkot. A mágneses tér erővonalai a déli mágneses pólusból indulnak ki, és az északi mágneses pólusba futnak be.

A Nap nemcsak fényt, azaz elektromágneses sugárzást bocsát ki magából, hanem különböző részecskéket is. Ezt a részecskesugárzást nevezzük napszélnek. A Nap, légkörének legfölső részéből a koronából származik és főként töltött részecskékből, elektronokból és protonokból áll. A napszél átlagsebessége 400 km/másodperc, azaz 1 440 000 km/óra. Ha ilyen gyors repülőn utaznánk, egy óra alatt 32 -szer kerülnénk meg a földet! A Nap – Föld távolság átlagosan 150 000 000 km. A napszél ezt az utat, így 2 – 4 nap alatt teszi meg. A napszél sebessége és ereje függ a Nap aktivitásától. A csillagunk nem egy nyugodt égitest, vannak aktívabb és inaktívabb ciklusai. Aktívabb időszakaszaiban kialakuló napkitörések és koronakidobódások, jelentős mágneses viharokat tudnak létrehozni a Földön. Többek között ezek nagyban befolyásolják a sarki fények megjelenését.

A sarki fények születése

Amikor a napszél töltött részecskéi elérik a Föld mágneses mezőjét, az erővonalak mentén kezdenek el mozogni. Az erővonalak viszont, a mágneses pólusoknál, azaz a magasabb szélességeken összefutnak, itt a hosszú utat megtett elektronok beleütköznek a légkört alkotó atomokba, molekulákba. Ilyenkor születik a Sarki fény. Amikor egy elektron beleütközik egy atomba, energiát ad át neki, így az atom magasabb energiaszintű, úgynevezett gerjesztett állapotba kerül. Ez az állapot instabil, így a kívülről szerzett többlet energiát le fogja adni. Ez az energia az atomból látható fény formájában távozik. Innen származik ez a csodálatos fényjelenség. A fény színe attól függ, hogy milyen magasságban, milyen atomok gerjesztődnek.

A Sarki fények függőleges eloszlása tengerszint feletti magasság szerint:

A sarki fények alakját és változását többnyire a helyi mágneses mező iránya és a részecskesugárzás által érintett összetevők mozgása határozza meg. Az űrből nézve látjuk, hogy a Föld mágneses pólusai körül egy glóriát alkotnak a sarki fények. Minél erősebb a napszél ereje, annál beljebb tud hatolni a mágneses mezőben és minél beljebb hatol, annál alacsonyabb szélességeken jön létre a sarki fény. 1859-ben a Nap egy koronakidobódása eltalálta a Földet és az írott történelem legnagyobb geomágneses viharát, hozta létre. Olyan erővel hatolt be a napszél a mágneses mezőbe, hogy még az egyenlítőhöz közeli országokban: Kubában, Hawaii-on, Kolumbiában is beszámoltak arról, hogy látták az Aurora Borealis-t.

Összefoglalás

Világunk természeti csodáinak egyike a sarki fény. Páratlan látvány, ahogy a sötét éjszakai égboltot betölti eme csodálatos színek tánca. Többet nyújt ez a jelenség puszta látványnál. Különös élmény, amikor az ember az égboltra tekint és azt látja: világít, sőt él! A Nap különleges ajándéka ez, a hosszú éjszakában élőknek. Ma már számunkra is lehetőség nyílik személyesen megcsodálni ezt a jelenséget.

A cikket írta: Kovács Ádám geofizikus

Források és további olvasmányok:
Magyarul:
Geofizikai alapismeretek: http://volgyesi.hotserver.hu/geof_bsc/geof_bsc.htm
Föld mágneses terének eredete: http://volgyesi.hotserver.hu/geofiz/1_7-8.pdf
Más bolygók: http://volgyesi.hotserver.hu/geofiz/1_7-8.pdf
Angolul:
Napszél: https://solarscience.msfc.nasa.gov/SolarWind.shtml
A sarki fény színei: https://auroraborealisobservatory.com/news/aurora-borealis-colors-explained/
Hiedelmek: https://www.theaurorazone.com/about-the-aurora/aurora-legends
Aurora: https://www.theaurorazone.com/about-the-aurora/about-the-aurora