Skąd bierze się kolor zorzy polarnej. Bywa zielona, ale czy może być inna? Zobaczymy ją z Polski? A może z fotela?

Polowanie na zorze polarne podobnie jak na całkowite zaćmienie Słońca, dla większości z nas oznacza konieczność wyprawy w miejsce, gdzie są one dobrze widoczne. Jednakże w przeciwieństwie do całkowitych zaćmień, które pojawiają się nie tylko w wybranych pasach na powierzchni Ziemi, ale również w ściśle określonym czasie i trwają bardzo krótko, na pokazy zorzy polarnych można liczyć bardzo często.

Skąd bierze się zorza polarna na niebie

Zorza polarna to w gruncie rzeczy zjawisko, które ma bardzo prosty mechanizm powstawania. Jednak opis procesów do niego prowadzących jest już dużo bardziej skomplikowany i wciąż podlega badaniom. Zorza może być wynikiem bezpośredniego wstrzyknięcia wiatru słonecznego na linie pola geomagnetycznego skierowanego ku powierzchni Ziemi, może być także wynikiem zaburzeń w magnetosferze, w tym tak zwanego zjawiska rekoneksji magnetycznej, gwałtownego procesu zachodzącego po nocnej stronie Ziemi, który ułatwia przedostanie się plazmy z przestrzeni kosmicznej do atmosfery i powoduje wyjątkowo silne zorze.

Poniżej animacja ilustrująca wstrzykiwanie wiatru wzdłuż linii pola magnetycznego oraz zjawisko rekoneksji linii pola magnetycznego.

Obejrzyj w

Ostatecznie chodzi o to, że strumień elektronów, a czasem i protonów, który w zwykle jest odpychany przez ziemskie pole magnetyczne (taka jest jego rola, ochrona Ziemi), zostaje skierowany w kierunku górnych części atmosfery. Tam następuje kolizja ze znajdującymi się tam atomami tlenu i cząsteczkami azotu, które zostają pobudzone i wracając do swojego oryginalnego stanu energetycznego emitują promieniowanie elektromagnetyczne.

Zorza polarna to zjawisko dynamiczne, choć na filmach zwykle pokazywana w przyśpieszonym tempie. Kształt świetlnych wzorów na niebie ulega ciągłym zmianom, tak jak zmienia się położenie linii pola magnetycznego. Trwa zwykle od kilkunastu minut do pół godziny i powtarza się w ciągu nocy. Są także sytuacje, gdy zorza widoczna jest stale przez wiele godzin.

Zorze polarne, które wtedy powstają mają różny wygląd (struktura może być wyraźnie widoczna jako pasma, ale też rozproszona), zależnie od tego w jaki konkretnie sposób pobudzona została do świecenia materia w atmosferze.

Zorza polarna widziana z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Energia tworzących zorzę fotonów, a zatem kolor obserwowanej zorzy zależy z kolei od tego jakie atomy i cząsteczki zostały pobudzone do świecenia, a to ma także związek z tym jak głęboko strumień naładowanych elektronów i protonów penetruje atmosferę. Inny kolor da wzbudzony tlen, a inny azot, inny kolor otrzymamy, gdy będzie to mieszanina tych gazów lub jeszcze inne cząsteczki.

Jakie kolory może przybrać zorza polarna?

Zwykle nasz pierwszy kontakt z zorzą polarną ma miejsce podczas oglądania jej zdjęć, na których zwykle przyjmuje ona kolor zielono-żółty.

Zieleń to istotnie najczęściej spotykany kolor zorzy, związany z emisją tlenu atomowego. Tlen może być odpowiedzialny także za kolor czerwony, jednak w tym przypadku wzbudzone zostają atomy tlenu położone znacznie wyżej nad powierzchnią Ziemi, na wysokości ponad 200 km. Występowanie tego koloru jest tym bardziej prawdopodobne im intensywniejsza jest aktywność słoneczna.

Jeśli do świecenia pobudzony jest z kolei azot cząsteczkowy wypchnięty w górne warstwy atmosfery, kolor zorzy może przybrać barwę niebieską, a gdy do emisji promieniowania dochodzi z kolei poniżej 100 km nad Ziemią kolor zorzy przybierze barwę różową. Te barwy są znacznie rzadziej spotykane, a ostatnio okazję do podziwiania różowo-zielonej zorzy mieli mieszkańcy północnej Norwegii na początku listopada 2022.

Kombinacje opisanych powyżej barw sprawią także, że odbierzemy kolor zorzy jako żółty, pomarańczowy, czasem jeszcze inny. Zorza może być obserwowana w podczerwieni, a także w ultrafiolecie. Nie da się oczywiście zobaczyć jej w tych długościach promieniowania bez odpowiedniego sprzętu.

Czy zorze polarne można zobaczyć z Polski?

Tak, jest to możliwe, ale zależy od tego jak bardzo niespokojna jest pogoda kosmiczna. Im silniejsze są słoneczne wyrzuty materii, tym większe szanse, że zorze polarne zobaczymy na terenie Polski. Historia zna przypadki, gdy zorze widziano nawet w południowej Europie.

Czasem zorza jest tak słabym w miejscu obserwacji zjawiskiem, że nie widać ich dobrze gołym okiem, za to na zdjęciach wykonanym aparatem fotograficznym widać je w pełnej krasie

Mimo to Polska nie jest miejscem, gdzie zorze są czymś powszechnym. Najwięcej szans na ich obserwacje mają mieszkańcy północnych regionów kraju, w środkowej i południowej Polsce to już wyjątkowo rzadkie zjawisko. A także widoczne dość nisko nad horyzotem, w przeciwieństwie do stref najlepszej widoczności, gdzie można je zobaczyć spoglądając w górę.

Dla przykładu, w Polsce mogliśmy obserwować zorzę polarną na północy kraju w połowie marca tego roku, ale niektórym szczęśliwcom udało się ją zobaczyć także latem w sierpniu.

Tak sierpniową zorzę polarną udało się uchwycić na zdjęciu Karolowi Wójcickiemu (źródło: Z głową w gwiazdach)

Trzeba tez pamiętać, że im słabsza zorza, tym trudniej dostrzec ją na tle mocno rozświetlonego nieba, a to właśnie warunki w jakich większości z nas, mieszkańców miast i terenów zabudowanych, przychodzi na nie spoglądać.

Gdzie i kiedy najlepiej oglądać zorze polarne?

Jeśli już chcemy mieć pewność, że da się zobaczyć zorzę polarną w trakcie krótkiej wyprawy, to dobre lokalizacje do jej obserwacji, to okolice na północ od kół podbiegunowych (lub południe w przypadku południowych zórz polarnych).

Obszar, w którym prawdopodobieństwo zobaczenia zorzy jest największe to tak zwany owal zorzowy, który występuje wokół biegunów magnetycznych. Jego położenie zmienia się w ciągu dnia, podobnie jak rozmiar, na co wpływ ma poziom aktywności Słońca

Gdy ograniczymy się do lokalizacji na północnej półkuli Ziemi, to mieszkańcy Polski mogą udać się do Norwegii, Szwecji czy Finlandii. Jeśli macie ochotę na dalszą podróż, to Islandia też będzie dobrym miejscem. Zorze widać dobrze także z Alaski i północnej Kanady. No i z Rosji, ale to obecnie nie najlepszy kierunek na wyprawy. Najlepiej wybrać miejsce, którego szerokość geograficzna północna mieści się w zakresie od 65 do 72 stopni.

Owale zorzowe zaznaczone kolorem zielonym. Gdyby był on czerwony, prawdopodobieństwo wystąpienia zorzy byłoby prawie stuprocentowe (źródło: NOAA)

W bezpośrednim planowaniu obserwacji, pomocne są prognozy pogody zorzowej, które sięgają w nieznacznie w przyszłość na około 30 do 90 minut.

Poza tym, że zorze obserwujemy nocą (są różne szkoły, niektórzy uważają, że czas w pierwszej części nocy jest najlepszy, inni wolą polować na to zjawisko już po lokalnej północy), warto zdecydować się na wyprawę na obserwacje szczególnie w miesiącach od listopada do kwietnia. Poniżej film pokazujący jak wygląda zorza w czasie rzeczywistym. Często bowiem dla podkręcenia dramatyzmu i dynamiki zjawiska, filmy są bardzo przyśpieszane. Trzeba też pamiętać, że to co uchwyci aparat cyfrowy to jednak nie to samo co widzi ludzkie oko.

Obejrzyj w

Nie ma oczywiście reguły, która zagwarantuje, że dany rok jest wyjątkowo dobry do obserwacji, ani że nie zobaczymy zorzy w innych miesiącach roku, bo ogólnie rzecz ujmując zorza jest obecna stale, tylko jej intensywność ulega zmianom. Im większa aktywność słoneczna, tym większe szanse na efektowne świetlne pokazy, a obecnie zbliżamy się do jej maksimum, ale ponownie nie ma tu żadnej ścisłej reguły.

Zobacz zorzę polarną nie ruszając się z fotela

Dzięki kanałom na YouTube jak Aurora Borealis (LIVE!), które non-stop nadają transmisje z miejsc, gdzie zorze się pojawiają, możemy zobaczyć to zjawisko nie ruszając się sprzed ekranu komputera. Trzeba oczywiście poczekać na odpowiednią porę, bo przekaz jest na żywo.

Obejrzyj w

Czy zorze polarne występują na innych planetach?

Jeśli taka planeta dysponuje na tyle silnym polem magnetycznym, by powstała ścieżka wzdłuż której uda się przyśpieszyć cząstkom wiatru gwiazdowego, to nic nie stoi na przeszkodzie, by takie zjawisko wystąpiło nawet w układach pozasłonecznych.

W Układzie Słonecznych po za Ziemią zorze w okolicach biegunowych obserwujemy na Jowiszu, Saturnie, a teoretycznie mogą one wystąpić także na Ganimedesie, jedynym księżycu, który ma własne pole magnetyczne. Zorze są także na Uranie, ale tak jak planeta jest niezwykła, tak dziwne bywają ich lokalizacje na tej planecie. Zorze na Saturnie obserwowane są także w ultrafiolecie, a na Jowiszu zaobserwowano nawet promieniowanie w zakresie rentgenowskim.

Tak zorze polarne nad biegunami Jowisza zdołał uchwycić teleskop Webb w trakcie jednej ze swoich pierwszych obserwacji

Lecz nie tylko występowanie dipolowego pola magnetycznego stwarza szanse na występowanie zórz polarnych. Mars, choć nie ma silnego pola, a jedynie szczątkowe obszary, gdzie takie pole występuje, również jest planetą na której zorze się pojawiają. Na dodatek, z tego właśnie względu, że pole magnetyczne Marsa jest nieregularne, klasyczne zorze są widoczne nie tylko w okolicach biegunów, ale także w innych rejonach planety, również tych blisko równika tam gdzie w powierzchni znajdują się minerały obdarzone ładunkiem na Marsie.

Są tam też zorze wynikające z oddziaływań wiatru protonów ze Słońca z atomami wodoru otaczającymi planetę. Poza tym wciąż odkrywamy nowe rodzaje zórz na Marsie, na przykład o kształcie sinusoidy. Zaobserwował je niedawno orbiter wysłany na Marsa przez ZEA.

Jeszcze ciekawszy jest przypadek Wenus. Ta planeta mimo ogromnych podobieństw do Ziemi nie dysponuje obecnie generowanym wewnętrznie polem magnetycznym, ma jedynie pole indukowane zewnętrznie. Astronomowie uważają, że można mówić o odpowiedniku ziemskich zórz polarnych w przypadku tej planety. Odpowiada za nie wiatr słoneczny, który napotyka gęstą atmosferę Wenus, czego efektem jest pobudzanie atomów w jonosferze, a następnie ich świecenie.

Źródło: inf. własna, NASA, WebbTelescope, nordicvisitor