Auroralar (kuzey/güney kutup ışıkları)
Auroralar (kuzey/güney kutup ışıkları) gökyüzündeki, özellikle kutup bölgelerinde gökyüzünde görülen, dünyanın mânyetik alanı ile güneşten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonuncu ortaya çıkan doğal ışımalardır. Bu ışımalar, genellikle geceleri gözlemlenir, ağırlıklı olarak İyonosfer’de meydana gelir. Kutup aurorası veya kutup ışıkları olarak da anılır. Bu olgu yaygın olarak 60 ve 72 derece kuzey ve güney enlemleri arasında görünür, bu da arktik ve antarktik kutup dairelerinin içine düşer. Kuzey enlemlerde bu etki aurora borealis(veya kuzey ışıkları) olarak adlandırılır. Aurora kelimesi Roma Şafak Tanrıçası’nın isminden gelmekte. Boreas’da Yunancada kuzey rüzgarına Pierre Gassendi tarafından 1621 de verilen isimdir. Aurora borealis'in görünme olasılığı, kuzey manyetik kutbuna yaklaştıkça artar. Manyetik kutbun yakınlarında oluşan auroralar tam 90 derece, fakat uzaktan kuzey ufkunu yeşilimsi bir parlaklıkla, bazen de güneş alışılmamış bir yönden doğuyormuş gibi soluk bir kırmızıyla aydınlatırlar. Aurora borealis sıklıkla gündönümlerinde oluşur. Cree halkı bu ilginç olaya Ruhların Dansı adını vermişler. Avrupa'da orta çağlarda auroraların Tanrıdan işaretler olduğuna inanılırmış. (Wilfried Schröder, Das Phänomen des Polarlichts, Darmstadt 1984).
Aurora Borealis Bear Gölü üstünde parlıyor
Güney’deki oluşum, aurora australis(güney kutup ışıkları), benzer özelliklere sahiptir. Ancak Antartika’da, Güney Amerika’da ve Avustralya’da daha yüksek enlemlerden görülebilir. Australis anlamı ‘güneyin’ olan Latince bir kelimedir.
Auroralar bütün dünyadan ve diğer gezegenlerde de gözlemlenebilir. Daha uzun süreli karanlık ve manyetik alan dolayısıyla, kutuplara yakınlaştıkça daha çok görünür olurlar.
Auroranın mekanizması
Auroralar dünyanın üst atmosferlerinde, (80 km (50 mil), ionize nitrojen atomlarının bir elektron kazanan, ve uyarılmış (yüksek enerjili) seviyeden temel enerji düzeyine dönenoksijen ve nitrojen atomlarındaki fotonların emisyonlarının sonucudur. Bunlar, solar rüzgar partiküllerinin çarpışması ve dünyanın manyetik alan çizgileri boyunca hızlanmasıyla ionize olmuşlardır. bir ışık fotonunun emisyonu veya başka bir atom veya molekülle çarpışması sonucu yüksek enerji seviyesi düşer:
oksijen emisyonları
Yeşil veya kahverengimsi kırmızı, yutulan enerjinin miktarına bağlı olarak.
nitrojen emisyonları
Mavi veya kırmızı. Mavi, eğer atom ionize olduktan sonra tekrar elektron kazanırsa. Kırmızı, eğer yüksek enerji seviyesinden temel seviyeye geri dönüyorsa.
Oksijenin temel seviyeye geri dönmesi, pek alışılmış değildir. Yeşil ışık yayması bir saniyenin dörtte üçü, kırmızı ışık yayması iki dakikaya kadar bir süre alır. Başka bir atom veya molekülle çarpışmalar yüksek enerjisini emecek, ve emisyonu engelleyecektir. Atmosferin en üstünde hem yüksek oranda oksijen bulunur, hem de bu tür çarpışmalar o kadar seyrektir ki, oksijene kırmızı yaymak için zaman kalır. Giderek atmosferden aşağıya indikçe, çarpışmalar sıklaşır, böylece kırmızı emisyon oluşmasına vakit kalmaz, ve sonunda yeşil ışık emisyonu da engellenir.
İşte, yüksekliğe bağlı olarak renklerin değişmesinin nedeni budur; yükseklerde oksijen kırmızısı ağır basarken, sonra oksijen yeşili ve nihayet çarpışmalar oksijenin herhangi bir şey yaymasını engellediğinde nitrojen mavi/kırmızısı hakim olur. Yeşil tüm auroraların en yaygınıdır, ardından penbe, (açık yeşil ve kırmızı karışımı), saf kırmızı takip eder, sarı ( kırmızı ve yeşil karışımı), ve son olarak saf mavi.
Auroralar güneşten sürekli dışarıya doğru ion akışı olan solar rüzgarlarla ilişkilendirilmektedir. Dünyanın manyetik alanı, çoğu kutuplara yol alan, ve orada dünyaya doğru hızlanacak olan doğru bu partikülleri yakalar. Bu ionlar ve atmosferik atomlar ve moleküller arasındaki çarpışmalar, kutup çevresinde büyük daireler şeklinde görünen aurora formunda enerji salınımına sebep olurlar. Auroralar, koronal kütle enjeksiyonlarının, solar rüzgarın yoğunluğunu arttırdığı solar döngünün yoğun fazı sırasında, daha sık ve parlaktır.
Kuzey ışıkları, Calgary
Genellikle aurora ya dağınık parıltı olarak ya da "perde" şeklinde doğu-batı doğrultusunda uzanmış bir halde görünür. Bazen, "durgun ark" (dinamik aurora) meydana gelir; aslında sürekli gelişir ve değişir. Her perde, her biri manyetik alan çizgilerinin doğrultusunda sıralanmış, paralel ışınlardan oluşur. Bu durum, Dünya’nın manyetik alanı tarafından auroranın biçimlendirildiği fikrini verir. Aslında, uydular elektronlara manyetik alan çizgileri ile yol çizerler. Dünya’ya doğru yaklaşatıkça elektronlar helezonik hareket eder. Perde yapısı şekli "şeritli yapı" adı verilen dizilimle artırılır. Manyetik alan çizgileri ile yolu çizilen parlak aurora parçası dosdoğru gözlemcinin üstünde oluştuğunda, perspektif etki ile ve ışınların birbirinden uzaklaşmasıyla aurora bir "taç" olarak gözükebilir.
İlk defa Eski Yunan kaşif/coğrafyacı Pytheas, Hiorter bu olayı gündeme getirdi ve Celsius 1741’de, ne zaman tam üstte aurora gözlemlendiğinde büyük bir manyetik akımın oluştuğunu, manyetik kontrolün kanıtı olarak tanımladı. Bu, büyük elektrik akımının aurora ışığının kaynaklandığı yere doğru aktığını, aurora ile birleştiğini gösterdi. Kristian Birkeland 1908’de manyetik akımın aurora arkı boyunca, bu tür partikül hareketlerinin genellikle günışığından karanlığa doğru, doğu-batı doğrultusunda hareket ettiğini savundu. Bu yönlenmenin ismi daha sonra "aurorasal elektron hareketi" ismini aldı (ayrıca Birkeland akımı).
29 Temmuz 1998’de, THEMIS sondaları ilk kez auroraya sebep olan manyetosferik fırtınanın başlangıcını görüntülemeyi başardı. Aya üçte bir uzaklığa yerleştirilen beş sondadan ikisi Aurorasal yoğunlaşma başlamadan 96 saniye önce manyetik temas fikrini kullanarak ölçüm yaptı. Angelopoulos "Verilerimiz ilk kez açıkça gösteriyor ki manyetik temas bu olayın tetikleyicisidir." dedi
Elias Loomis (1860)’in ardından Hermann Fritz (1881)[7] ‘in katkılarıyla da auroranın çoğunlukla "aurorasal bölge"de görüldüğü saptandı. Aurorasal bölge Dünya’nın manyetik kutbunun çevresinde yaklaşık 2500 km çapında halka şeklinde bir bölgedir. Manyetik kutba 2000 km uzaklıkta olan cografi kutupta görünmesi neredeyse imkânsızdır. Auroranın anlık dağılımı ("aurorasal oval", Yasha/Jakob Feldstein 1963[8]) biraz farklıdır. (3-5 derece manyetik kutbun karanlık tarafına doğru) Böylece aurorasal ark geceyarısı civarında ekvatora en fazla yaklaşmış olur. Aurora en iyi bu zamanlarda görülebilir.
Güneş Rüzgarı ve Manyetosfer
Manyetosferin şeması
Manyetosferin şeması
Dünya sürekli güneş rüzgarının etkisi altındadır. Güneş rüzgarı güneşin en son katmanındaki milyon dereceye ulaşan korona tabakasından her yönde yayılan ve yoğun olmayan sıcak plazmadır. Plazma gaz haline serbest elektronlar ve pozitif iyonlardır. Güneş rüzgarı genellikle Dünya’ya 400 km/saniye hızında ulaşır, özgül kütlesi 5 iyon/cm3 ve manyetik alan yoğunluğu 2–5 nT (nanoteslas, Dünya'nın yüzey alanı kabaca 30,000–50,000 nT arasındadır). Bunlar dolaylı değerlerdir. Özellikle manyetik fırtına esnasında akımlar bir kaç kat daha fazla olabilir; gezegenlerarası manyetik alan (literatürde kısaca IMF) ise çok daha kuvvetli olabilir.
IMF güneşlekeleri’nin alanına bağlı olarak Güneş’te meydana gelir ve alan çizgileri (kuvvet çizgileri) güneş rüzgarı tarafından uzatılır. Bu, tek başına alan çizgilerini Güneş-Dünya doğrultusuna getirir, fakat Güneş’in dönmesi alan çizgilerinin yaklaşık 45 derece Dünya’da yön değiştirmesine sebep olur ve Dünya’dan geçen alan çizgileri görünür güneş ışığının yaklaşık batı ucundan ("çıkıntı") başlar.
Manyetosfer, Dünya’nın kendi manyetik etkisi tarafından tutulan uzayda küre şeklindeki bir alandır. Manyetosfer güneş rüzgarının yolu üzerinde bir engel teşkil eder ve güneş rüzgarının Dünya’nın yaklaşık 70,000 km dışından dolaşmasına neden olur (genellikle 12,000–15,000 km mesafeye ulaşmadan önce eğilim baskısı oluşur). Manyetosferik engelin genişliği hemen hemen 190,000 kilometreyi bulur. Dünya’nın karanlık tarafında ise çapı devasa boyutlara ulaşan manyetosfer artık uzun bir "manyetikkuyruk" olur.
Güneş rüzgarı ortamı bozduğunda, enerjiyi ve materyali kolayca manyetosfere taşır. Manyetosferdeki enerji yüklü elektronlar ve iyonlar manyetik alan çizgilerini takip ederek atmosferin kutup bölgelerine doğru hareket eder.
Oluşma Zamanları
Aurora çoğunlukla kutuplarda meydana gelen bir olaydır. Güçlü bir manyetik fırtına geçici olarak aurorasal ovali genişlettiğinde, nadiren ılıman enlemlerde de görülür. Büyük manyetik fırtınalar yaklaşık olarak 11 yılda bir gerçekleşen güneşlekesi döngüsü ile en yoğun fırtına ortaya çıkar ya da patlamada sonraki üç yıllık dönemde. Fakat, aurorasal bölgenin içinde auroranın meydana gelme olasılığı, genel itibariyle IMF çizgilerinin eğimine (literatürde Bz ), özellikle güney yönlü olmasına, bağlıdır.
Aurora olayını başlatan jeomanyetik fırtınalar aslında ekinoks aylarında daha belirginleşir. Kutupsal aktiviteler ile bir ilgisi olmazken, neden jeomanyetik fırtınaların Dünya’nın mevsimlerine bağlı olduğu net olarak açıklığa kavuşmamıştır. Manyetopozda, Dünya’nın manyetik alanı kuzeyi gösterir. Bz büyük ve negatif olduğunda (IMF güneye doğru), Dünya’nın manyetik alanını temas noktasında kısmen engeller. Güney yönlü Bz, güneş rüzgarının Dünya’nın daha içerideki manyetosferine ulaşabileceği bir kapı açar.
Geometrik açının bir sonucu olarak Bz bu zamanlarda en çok etkisini gösterir. Gezegenlerarası manyetik alan (IMF) Güneş’ten gelir ve güneş rüzgarı ile dışa doğru taşır. Güneş’in hareketinden sebebiyle IMF sarmal şekildedir. Nisan ve Ekim’de Dünya’nın manyetik kutup ekseni Parker sarmalı ile aynı hizada, en yakın konumuna gelir. Sonuç olarak, Bz ‘nin güney yönlü ve kuzey yönlü hareketi en büyük olur.
Fakat, Bz sadece jeomanyetik aktiviteyi etkilemez. Güneş’in dönme ekseni Dünya’nın yörüngesine göre 8 derece eğiktir. Güneş rüzgarı, güneşin ekvatoruna oranla, çok hızlı bir şekilde Güneş’in kutuplarından estiği için, her altı ayda Dünya’nın manyetosferini bastıran parçacıkların ortalama hızı artar ve azalır. Dünya heliographic enleminin en yüksek olduğu 5 Eylül ve 5 Mart günlerinde, güneş rüzgarının hızı en yüksek değerine, ortalama, 50 km/sn hızına ulaşır.
Hâlâ, ne Bz ne de güneş rüzgarı geometrik fırtınanın mevsimsel davranışını tam olarak açıklayamıyor. Bu etkenlerin hepsi ancak bir oranında gözlenen yarıdönemsel değişimlere veri sağlıyor.
Tarihte aurosal olaylar
28 Ağustos ve 2 Eylül 1859 tarihinde "büyük manyetik fırtına" nedeniyle meydana gelen auroralar yakın geçmişte şahit olunan en inanılmaz gösterisini yaptı. Balfour Stewart, Kew Gözlemevi’nden Kraliyet Akademisi’ne 21 Kasım 1861’de gönderdiği metinde manyetograf cihazı ile iki aurorasal olayı belgelediğini yazdı ve gözlediği 2 Eylül 1859 tarihli olay ile Carrington-Hodgson ışıma olayı arasında bağlantı olduğunu kaydetti. 2 Eylül 1859’daki ikinci aurorasal olayda ise sema o kadar geniş ve parlaktı ki; bu olay bilimsel yayınlarda, gemilerin seyir defterlerinde, Birleşik Devletler`deki nerdeyse tüm gazetelerde, Japonya`da ve Avustralya`da da geniş yer buldu. New York Times 2 Eylül 1859 Cuma günü Boston’da Aurorayı "o kadar parlak ki saat 01’de normal bir yazı bile bu ışık sayesinde okunabilir." diye yazdı. Boston yerel saati ile 2 Eylül 1859 Cuma günü, GMT ye göre 6:00 olmalıydı ve bir saat geriden takip eden Kew Gozlemevi’ndeki manyetograf cihazı yoğun olan jeomanyetik fırtınayı kaydediyordu. 1859 ve 1862 arasında Elias Loomis 1859’daki Büyük Aurorasal Gösteri hakkında dünyadaki aurorasal haberleri topladığı 9 parçalı bir seriyi Amerikan Bilim Dergisi’nde yayınladı. Auroranın geçmişte çok yoğun olan koronal kütle püskürmesi (Güneş’in üretebileceği maksimum yoğunluğa çok yakın) sonucu oluştuğu düşünülürdü. Ayrıca, ilk defa aurorasal aktivitenin gerçeklestiği yer ve elektrik arasındaki ilişki net olarak fark edildi. Anlaşılan bu durum o dönemde bilimsel manyetometre ölçümlerini mümkün hale getirdi. Ayrıca o tarihlerde kullanılan 201,000 kilometrelik (125,000 mil) telgraf tellerinin kayda değer kısmının fırtına süresince saatlerce bozulduğunun da anlaşılması sağladı. Fakat aurorasal akım bazı telgraf tellerini uygun hale getirerek akımın (yerçekimsel indüklenmiş akım) geçmesine uyum sağladığı (Dünya’nın şiddetli dalgalanan manyetosferinden dolayı) anlaşıldı ve haberleşme için kullanıldı. Aşağıdaki sohbet 2 Eylül 1859 gecesi Amerikan Telgraf Hattı’nın iki operatörü Boston ve Portland, Maine arasında gerçekleşti, daha sonra Boston Traveler’da yayınlandı:
Boston telsizi (Portland telsizine): "Lütfen, 15 dakika süresince pillerin gücünü tamamen kesin."
Portland telsizi: "Öyle yapacağım. Şimdi bağlantı kesildi."
Boston: "Benimki de kesik ve aurorasal akımla çalışıyoruz. Yazdıklarımı nasıl alıyorsun?"
Portland: "Pillerden daha iyi. – Akım yavaş yavaş gidip geliyor."
Boston: "Şu an bendeki akım çok güçlü ve piller olmadan daha iyi çalışıyor. Aurora role manyetiğimiz için akımı çok güçlü yaparak pillerin akımını nötrlüyor ve artırıyor gibi. Farz et ki, bu sorundan etkilendiğimizden, piller olmadan çalışıyoruz."
Portland: "Harika. Yeni bir iş mi kursam ne!"
Boston: "Evet. Başlayabilirsin."
Görüşme hiç pil kullanmadan aurora tarafından oluşturulan akımla iki saat civarı sürdü. Bu şekilde en uzun iletişimin gerçekleştiği olaydı.
Kökeni
NASA IMAJ uydusunun çektiği Mavi Bilye üzerindeki (11 Eylül 2005) aurora
Auroranın esas enerji kaynağı Dünya`dan geçen güneş fırtınalarıdır. Manyetosfer ve güneş rüzgarı elektriği ileten plazmadan (iyonlaşmış gaz) meydana gelmektedir. Akım miktarı akımın yönüne göre hareketin doğrultusuna bağlı olarak a)bağıl hareketin derecesine b)manyetik alanın kuvvetine c)bir birine bağlı iletkenin sayısına ve d)manyetik alan ile iletkenin uzaklığına bağlıdır. Güneş rüzgarı ve manyetosfer bir tür bağıl hız ile elektrik ileten iki akışkandır, ve (kural olarak) ``dinamo etkisi`` tarafından elektrik akımı üretebilir, ayrıca da güneş rüzgarından enerji ortaya çıkar. Plazmalar kolayca manyetik alan boyunca temas kurabildiğinden bu yöntem işe yaramayabilir. Manyetik temas sonucu güneş rüzgarının alan çizgileri ile manyetosfer arasında geçici manyetik temas gerçekleşmesi çok önemlidir.
Diğer Gezegenlerde
Jüpiter
Jüpiter
Jüpiter ve Satürn her ikisi de Dünya’dakinden çok daha kuvvetli manyetik alanlara sahiptirler (Jüpiter’in ekvatoral alan kuvveti 4.3 gauss, Dünya’da ise 0.3 gauss) ve her ikisinde de büyük radyasyon kemerleri Hubble Uzay Teleskopu ile aurora iki gezegende de açık olarak gözlendi. Uranüs ve Neptün’de de gözlenen auroralar var.[20] Devasa gaz kütlesindeki auroralar, Dünya’daki gibi, güneş rüzgârı tarafından güçlendirilmiş gibi gözüküyor. Ayrıca, Jüpiter'in ayları, özellikle Io, Jüpiter’deki auroranın çok güçlü kaynaklarıdır. Bunlar Io ile Jüpiter arasındaki bağıl hareket nedeniyle dinamo mekanizması tarafından meydana gelen elektrik alan çizgileri ("sıralanmış alan çizgileri") boyunca ortaya çıkar. Aktif volkanlara ve iyonesfere sahip Io güçlü bir kaynaktır, ayrıca akımları radyo dalgaları oluşturur. Io`da Europa`da ve Ganymede`de de Hubble Uzay Teleskopu ile aurora gözlendi. Bunlar Jüpiter‘in manyetik plazma patlaması sonucu uydularının çok ince atmosferinde gerçekleşir.
Mars ve Venüs’te aurora oluşumunun gerçekleştiği gezegenlerdendir. Venüs`un tam bir gezegensel manyetik alanı olmadığı için, Venüs aurorası değişken şekil ve yoğunlukta parça parça dağılır, parlak gözükür. Bazen kutuplardaki aurora tüm yüzeyi kaplayabilir. Sebebi, diğer gezegenlerde olduğu gibi güneşten gelen parçacıklardır ve gezegenin karanlık tarafına yönelirler. SPICAM Mars Express tarafından14 Ağustos 2004`de Mars`ta da auroraya rastlanmıştır. Aurora 177° Doğu, 52° Güney koordinatlarında Terra Cimmeria’da görüldü. Genişliği 30 km, yerden yüksekliği 8 km idi. Mars Küresel Kaşifi’nin derlediği yüzey manyetik anomali değerlerine göre, bilim adamları en fazla ışık yayılımının olduğu yerin en yoğun manyetik alanın bulunduğu bölgede ortaya çıktığını anladılar. Olaylar arasındaki ilişki yayılan ışık kaynağının aslında manyetik çizgiler boyunca hareket eden elektron akı olduğunu doğrular.
Sinema ve edebiyatta aurora
Altın çağ döneminden yazar Robert W. Service’in en ünlü şiiri Sam McGee’nin Cesedini Yakmak şöyle başlar:
"Garip göründü Kuzey ışıkları, ama şimdiye kadar gördükleri en garibiydi, gece Lebarge gölünün kenarındaki, yaktım Sam McGee’nin cesedini." Kuzey Işıkları Şarkısı’nda, parlaklığın kaynağının kutup bölgesindeki muazzam radyum yataklarının olduğuna inanılır.
Aurora, belirgin olarak Philip Pullman'nın Kuzey Işıkları ve Altın Pusula filmlerinde kullanılmıştır. Filimdeki oyuncuları izlerken bir an için sanki başka bir evrenin ışıkları arasından geçiyormuş hissini veriyor.
Kuzey Işıkları dünyadaki değişimin sebebi olarak Kutup Ayısı filminde kullanıldı. Aurora, yaşayan tüm canlıların atalarının ruhları olarak tasvir edildi.
Kuzey Işıkları Universal Pictures’ın Alaska kızak köpeğini anlatan Balto filminde de yer aldı.
Aurora Stephen King'in Dört Geçmiş Geceyarısı kitabından alınan, zamanda yırtılma hikâyesi olan The Langoliers’de de geçti.
Aurora 2000’deki film Frekans’ta da yer aldı.
Kuzey Işıkları Local Hero filmi süresince Kuzey İskoçya ile Burt Lancaster'in karakterinin etkili olmasını sağladı.
Bill Bryson'ın kitabında, Ne Orada Ne Burada, yazar aurorayı görmek için birkaç hafta Kuzey Norveç’in Hammerfest kasabasında kaldı.
Deoxys Kaderi’inde, Deoxys diğer Deoxysler ile temas kurmak için auroralar meydana getirdi.
Karayip Korsanları 3'te de korsanların boyut değiştirdiği sahnede görüldü.