|
|
Poollicht of Aurora Polaris |
|
|
| Het noorderlicht of Aurora Borealis als het noorderlicht op het noordelijk halfrond en Aurora australis als het zuiderlicht op het zuidelijk halfrond is een lichtgevend fenomeen dat wordt veroorzaakt door aangeslagen stikstof- en zuurstofatomen in de hoge atmosfeer, dat wil zeggen een elektrische meteoor. Aurora's worden het vaakst gezien in banden van ongeveer 3 tot 6 breedtegraden nabij de magnetische polen. Ze worden veroorzaakt door hoogenergetische geladen deeltjes die reageren met het magnetische veld van de aarde. Het feit dat die deeltjes in de poolgebieden de atmosfeer van de aarde raken, creëert de gloed in de lucht. |
| |
 |
| Groen poollicht in Alaska boven Bear Lake |
|
|
 |
| Zuiderlicht achter Lion Rock vanaf het strand van Zuid-Tasmanië in het Australische nationaal park Southwest |
|
| |
Het poollicht is overwegend te zien als een lichte gloed of bewegende bogen, stralenbundels of gordijnen van licht. Soms staat boven de noordelijke horizon een boog waaruit lichtstralen als zoeklichten omhoog schieten. Heel zelden vertoont het poollicht een vlammend karakter, waarbij een merkwaardige trilling en relatief vlugge pulserende beweging te zien is, die vergelijkbaar is met het dansen van kaarsvlammen. Sommige dansende stralen lijken te roteren, waarbij een straal een weinig opzij schuift en verdwijnt, om plaats te maken voor een nieuwe straal, die op haar beurt ook opzij schuift en verdwijnt, om ook weer plaats te maken voor een nieuwe straal. Deze en-echelon beweging kan relatief snel gebeuren.
|
| |
In en rondom het geomagnetisch zenit kan het zogeheten kroonverschijnsel worden waargenomen, waarbij de stralen als uit één vluchtpunt lijken
te komen of er naartoe getrokken lijken te worden. Tegen het einde van een poollichtverschijning ontstaan diffuus uitziende eilanden die sterk doen denken aan de kunstmatige verlichting van de nachtelijke bewolkte hemel boven verstedelijkte gebieden. Het poollicht is vooral op hoge geografische breedtes zichtbaar. De activiteit van de zon heeft een cyclus van elf jaar. In die tijdspanne neemt de activiteit toe en zwakt die weer af. De kans op poollicht is het grootst in jaren met grote activiteit op het oppervlak van de zon, hetgeen zich uit in een groter aantal zonnevlekken. Wanneer zo'n zonnevlek naar de aarde is gericht kunnen de geladen deeltjes die bij de uitbarsting vrijkomen de aardse atmosfeer bereiken en poollicht veroorzaken. Radiozenders op de korte golf worden enige uren tevoren ernstig gestoord. |
| |
| |
| Het poollicht wordt veroorzaakt door de zonnewind. Deze zonnewind is vooral sterk bij uitbarstingen van plasmawolken op de zon, waarbij grote hoeveelheden elektrisch geladen deeltjes (ionen en elektronen) met snelheden van maar liefst 300 tot 700 kilometer per seconde het heelal ingeslingerd worden. Dan wordt het poollicht ook beter zichtbaar tot extreem veel sterker. Het aardmagnetisch veld zorgt ervoor dat de deeltjesstroom richting de aarde wordt aangetrokken. Het wordt in de richting van de Noord- en Zuidpool afgebogen en dringt daar met verhoogde snelheid de atmosfeer binnen. Hierdoor ontstaat respectievelijk het noorderlicht of het zuiderlicht. De van de zon afkomstige elektrisch geladen deeltjes bevatten veel energie, die in de bovenste kilometers van de atmosfeer door botsingen op zuurstof- en stikstofatomen wordt overgedragen. De uiteindelijk weer vrijkomende energie wordt op 80 tot 1000 kilometer hoogte uitgestraald in de vorm van talrijke emissielijnen die gevonden worden in het spectrum van het kleurrijke poollicht. Dit laatste werd in 1957 ontdekt, tijdens het Internationaal Geofysisch Jaar. |
| |
| De energie komt van de zon. Het zendt de zonnewind uit, een plasma met een dichtheid van ongeveer 5 deeltjes/cm³ en een gemiddelde snelheid van 500 tot 800 km/s, dat ongeveer twee tot drie en een halve dag naar de baan van de aarde reist. De grootste zonnewinduitbarstingen vinden plaats door magnetische verbindingen rond zonnevlekken tijdens de turbulente, vlekrijke fase van de zonnecyclus. Deeltjes van de zonnewind raken en interageren met de magnetosfeer van de aarde |
| |
De achterliggende theorie werd al eerder ontwikkeld en door metingen bewezen door de Noorse ingenieur Kristian Birkeland (1867-1917).
Deze theorie werd destijds nog niet wetenschappelijk aanvaard, maar sedertdien is er, op grond van satellietmetingen, een langzame paradigmaverschuiving naar de plasmakosmologie gaande. |
| |
 |
| Spectraallijnen van atomair zuurstof die gevonden worden in het spectrum van het poollicht |
|
|
 |
| Spectraallijnen van moleculair stikstof die gevonden worden in het spectrum van het poollicht |
|
|
- Groen, de meest voorkomende kleur, wordt veroorzaakt door botsingen van geladen deeltjes met zuurstofmoleculen op een hoogte
tussen 100 en 300 km. Het licht wordt hierbij, bij 557,7 nm, uitgestraald door een spectraallijn (een verboden overgang). |
- Roze en donkerrood wordt soms waargenomen onder de groene zuurstofemissie en wordt veroorzaakt door stikstofmoleculen op 100 km
hoogte. De roze kleur is een combinatie van rood met groen of blauw. |
| - Rood, op grotere hoogte, boven 300 km, wordt niet door moleculaire zuurstof, maar door atomaire zuurstof veroorzaakt. |
| - Blauw en paars zijn afkomstig van waterstof en helium in de ionosfeer. |
- Vanwege de hoge gevoeligheid van het oog voor groen licht en de relatief hoge zuurstofconcentratie worden groene aurorae het meest
waargenomen. |
- Omdat de zonnewind buiten de poolgebieden slechts zelden diep in de atmosfeer kan doordringen, is het noorderlicht in de gematigde zone,
inclusief Centraal-Europa, meestal rood. |
| |
 |
| Hoogtegradatie rood/groen (nabij Tromsø) |
|
|
 |
| Veelkleurig noorderlicht |
|
| |
| Er komen vier verschillende soorten aurora’s voor, die afhankelijk zijn van de zonnewinden. Dit zijn: Corona, gordijnen, rustige strikken en linten. Wetenschappelijk worden ze geclassificeerd volgens de Vallance-Jones-classificatie: |
| |
| Afkorting |
Naam |
| HA |
Homogene boog |
| HB |
Homogene band |
| RA |
Radiale boog |
| RB |
Straalvormige boog |
| DS |
Diffuus oppervlak |
|
|
| Afkorting |
Naam |
| PS |
Pulserend oppervlak |
| PA |
Pulserende boog |
| C |
Corona ( ringvormige stralen) |
| F |
Zenith gerichte, Pulserende stralen |
| |
|
|
| |
| Verder zitten er binnen de llichten duidelijke donkere gebieden, de zogenaamde anti-aurora. Dit zijn gebieden waar de stroom van elektronen richting de hoge atmosfeer tot stilstand komt. In zo'n gebied hebben satellieten elektronenstromen gedetecteerd die naar boven gericht zijn, dat wil zeggen weg van de atmosfeer. |
| |
 |
| |
| In de jaren 2010 werd door amateurastronomen een nieuw aurora-fenomeen ontdekt, bestaande uit duinachtige golfpatronen in de groene aurora. Het wordt toegeschreven aan een golf met een golflengte van 45 km in de lagere thermosfeer op een hoogte van ongeveer 100 km, mogelijk identiek aan zwaartekrachtgolven die bekend staan als mesosferische boringen. Volgens de theorie van Minna Palmroth kunnen deze zwaartekracht-golven een tussenlaag tussen de mesopauze en een onderliggende inversielaag uit de mesosfeer bereiken en daar grotere afstanden afleggen. |
| |
| Parelkettingvormige structuren in het noorderlicht (Aurora-kralen), die zowel door de aarde als door satellieten worden gezien (THEMIS), worden in simulaties toegeschreven aan turbulente verschijnselen in de interactie van de zonnewind en het magnetische veld van de aarde. in de magnetostaart van de aarde. Er vormen zich belletjes, die in wisselwerking met het zwaardere plasma in het aardmagneetveld zogenaamde vingers vormen, filamentachtige langwerpige plasmastructuren (de plasma-instabiliteiten worden uitwisselingsinstabiliteit en balloninstabiliteit genoemd en zijn bekend van fusieplasma's). De parelsnoeren ontstaan vaak voorafgaand aan grotere aurora-ontladingen (substormen). |
| |
| |
| Rond 1840 ontdekte de Ierse sterrenkundige en militair Sir Edward Sabine (1788-1883) dat er een relatie bestaat tussen de activiteit van zonnevlekken en het magnetische veld dat de aarde omringt. Sabine onderzocht magnetische stormen, die naalden van kompassen deden afwijken. Die wisselingen in het aardmagnetisme traden tegelijkertijd op met noorder- en zuiderlicht. Om dit fenomeen verder te onderzoeken kreeg hij de regering van Groot-Brittannnië zover dat zij in 1840 een netwerk van meetstations bouwde. Na analyse van zeer veel meetgegevens ontdekte Sabine dat de magnetische stormen een cyclus hadden van tien tot elf jaar |
| |
| De Duitse apotheker en sterrenkundige Samuel Heinrich Schwabe had sinds 1826 dagelijks het aantal zonnevlekken geregistreerd. Ook hij nam een cyclus waar van tien à elf jaar. Sabine legde zijn gegevens naast die van Schwabe en kwam tot de conclusie dat er een verband bestaat tussen zonnevlekken en storingen in het aardmagnetisme. |
| |
| |
| Aangezien het verschijnsel alleen bij duisternis kan worden gezien en het op hoge breedtes in de zomer zeer lang licht is, is het verschijnsel vooral 's winters zichtbaar. In het noorden van Scandinavië, in Noord-Noorwegen en Lapland, is het noorderlicht al vanaf eind augustus te zien. Dan is er weer sprake van een ondergaande zon, nadat het hoogzomer 24 uur licht bleef. |
| |
 |
| Rode Aurora australis, het zuiderlicht, in de nachtelijke hemel boven Swifts Creek, Australië |
| |
30 oktober 2003 vond een fameuze uitbarsting van poollicht plaats. 21 januari 2005 was dit verschijnsel in grote delen van Europa zichtbaar.
Eind februari 2023 kon men in een aantal gebieden in Nederland in noordelijke richting het verschijnsel waarnemen, vooral richting de Waddenzee en aan de Zeeuwse kust. In Nederland is het noorderlicht sporadisch te zien, alleen in gebieden met weinig licht- en luchtvervuiling en enkel bij krachtige zonnestormen. Dit gebeurt slechts eens in de paar jaar bij uitzonderlijk helder weer, waarbij ook de stand van de maan een rol speelt. Soms kan het ook in Vlaanderen goed zichtbaar zijn. In Nederland en Vlaanderen wordt jaarlijks gemiddeld ongeveer zeven dagen poollicht waargenomen, het vaakst in jaren met veel zonneactiviteit. Het komende maximum aan zonneactiviteit zal halverwege 2025 plaatsvinden, berekende NASA in 2020.
Dat houdt in dat er komende jaren grotere zonnestormen zullen plaatsvinden, waarbij meer geladen deeltjes in de atmosfeer terechtkomen. Daardoor is het noorderlicht ook verder naar het zuiden toe te zien, en wordt het in het noorden feller. |
| |
| Effecten op de communicatie |
| |
| Vóór het tijdperk van satellietcommunicatie waren radiogolven het beste communicatiemiddel in grote en uitgestrekte gebieden als Canada. Tijdens intense zonnestormen werd de communicatie onderbroken omdat deze golven door de bovenste atmosfeer reizen. |
| |
| De geïoniseerde wolk die de polaire aurora vormt, reflecteert elektromagnetische golven in het zeer hoge frequentiebereik (VHF en daarbuiten). Radioamateurs gebruiken dit fenomeen om experimentele verbindingen over lange afstanden te maken. De radiogolven worden namelijk meer verstrooid dan gereflecteerd, waardoor er een sterke vervorming van de modulatie ontstaat. Morse telegrafie is vrijwel de enige bruikbare transmissiewijze. Een schadelijk effect van dit fenomeen is de verstoring van de communicatie op deze frequenties. |
| |
| |
Gedurende het zien van een indrukwekkende poollichtverschijning kan het gebeuren dat waarnemers een ruisend of sissend geluid menen te horen. Dit is meestal een denkbeeldig geluid dat te vergelijken is met hetgeen men meent te horen tijdens het overzwaaien van een zoeklichtstraal.
Toch zijn sommige waarnemers zeker van het feit dat ze de sissende geluiden van het poollicht hebben gehoord, of toch tenminste het geluid afkomstig van het verschijnsel Sint-Elmsvuur dat er enigszins mee verwant is. |
| |
| Poollicht op andere planeten |
| |
| Polaire aurora's zijn geen fenomeen dat specifiek is voor de aarde. Je kunt ze op elke planeet met een magnetisch veld vinden. Ze kunnen onder meer worden waargenomen dankzij ultraviolette foto's gemaakt door de Hubble-telescoop. |
| |
| Polaire aurora die op andere planeten dan de aarde worden waargenomen, kunnen worden gegenereerd door andere fysieke verschijnselen dan die welke aardse aurora veroorzaken. Op Jupiter bijvoorbeeld is de belangrijkste aurora ovaal een gevolg van de rotatie afbraak van het plasma: het magnetische veld van de planeet draagt normaal gesproken het plasma met zich mee, maar vanaf een bepaalde afstand neemt de snelheid om met het plasma te communiceren af. wordt te groot en volgt niet meer. Hierdoor ontstaat er een elektrische stroom aan de oorsprong van het poollicht ovaal. |
| |
| Op Jupiter creëren de satellieten van de planeet een elektrische stroom door te bewegen ten opzichte van het magnetische veld (hetzelfde fenomeen als bij een dynamo). Deze stromingen creëren ‘poollichtvlekken’, die voor het eerst in infrarood en daarna in UV te zien zijn. We kunnen deze vlekken zien in de afbeelding hiernaast, buiten het hoofdovaal: de helderste vlek komt overeen met Io (links), die van Europa en Ganymedes zijn zichtbaar op de voorgrond. |
| |
 |
Poollicht op Jupiter. De heldere vlek uiterst links is het eind van een veldlijn naar Io.
Stippen aan de onderkant leiden naar Ganymedes en Europa |
|
|
 |
| De aurora van Saturnus. Foto genomen door Ruimtetelescoop Hubble in 1997 |
|
| |
| Nog steeds op Jupiter observeerde een groep onderzoekers van het ULg Atmospheric and Planetary Physics Laboratory via de Hubble-telescoop poollichtverschijnselen op de gasreus, waaronder met name die veroorzaakt door de Io-, Europa- en Ganymede-satellieten. Hun werk onthult de details van ultraviolette vlekken en maakt een beter begrip mogelijk van de verschijnselen die deze veroorzaken. |
| |
| Polaire aurora zijn ook gefotografeerd door Hubble op Saturnus en andere door Mars Express op de planeet Mars deze heeft geen mondiaal magnetisch veld, deze aurora bevinden zich in gebieden waar er een lokaal magnetisch veld overblijft. Polaire aurorae zijn ook waargenomen op Venus, Uranus en Neptunus |
| |
|
|
Bronnen: Wikipedia-nl, Wikipedia-en, Wikipedia-de, Wikipedia-fr |
|
|
|
|
|
|
