Kutup ışıkları veya
Aurora Borealis, Kutup bölgelerinde gökyüzünde görülen, dünyanın manyetik alanı ile Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonucu ortaya çıkan doğal ışımalardır.
Aurora kelimesi Roma Şafak Tanrıçası’nın isminden gelmektedir.
Boreas’da Yunanca'da kuzey rüzgarına
Pierre Gassendi tarafından
1621'de verilen isimdir.
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).
Bu ışımalar, genellikle geceleri gözlemlenir, ağırlıklı olarak
iyonosfer’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 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.
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
atmosferin üst katmanlarında, (80 km (50 mil) yükseklikten yukarısı),
iyonize azot atomlarının
elektron kazanması; ve uyarılmış (yüksek enerjili seviye)
oksijen ve
azot atomlarının temel enerji düzeyine dönmesi sonucu
foton salınımı oluşmasıyla ortaya çıkar. Bunlar,
solar rüzgar
partiküllerinin çarpışması ve dünyanın manyetik alan çizgileri boyunca
hızlanmasıyla iyonize 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 iyonize 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.
[1]
Yapısı ve Manyetizması
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
[3] 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[4] 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[6] "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
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 birkaç 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.[9]
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[10][11]
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 [12] [13] [14] 2 Eylül 1859 Cuma günü
Boston’da
Aurorayı "o kadar parlak ki saat 01’de normal bir yazı bile bu ışık
sayesinde okunabilir."[13][15][16] 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.[15]
Kökeni
Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan Aurora Borealis
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 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. [21][20]
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
Gece Yarısını 4 Geçe kitabından alınan, zamanda yırtılma hikâyesi olan
The Langoliers’de de geçti.
Aurora 2000’deki film
Frekans’ta da yer aldı.
Kuzey Işıkları
Local Hero [28] 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.
Resim galerisi
-
-
-
Uydu fotoğrafı- Aurora Australis
-