Sjeverna svjetlost (aurora borealis) iz Arktičkog kruga 14. ožujka 2016. Rijetka ljubičasta boja ponekad se može vidjeti u blizini stupova, jer kombinacija plavih i crvenih emisijskih linija od atoma može stvoriti ovaj neuobičajeni prizor zajedno s tipičnijim zelena. (Olivier Morin / AFP / Getty Images)

Kako znanost stvara (i možete vidjeti) najbolje aurore na Zemlji

Uključujući gdje ići i kada, za najspektakularnije poglede.

Na pozadini mračnog, bistrog noćnog neba, možete vidjeti Mjesec, planete, zvijezde, Mliječni put, pa čak i predmete dubokog neba, a sve golim okom. Ali ako se nalazite u blizini stupova i dogode se pravi uvjeti, vidjet ćete i nešto drugo na nebu: svjetlucavu, brzo pokretnu zavjesu u boji. Najčešće je ta boja sjajno zelena, mada se ponekad pojavljuju i plavi i crveni. Stoljećima su veslači neba divili pojavi Aurora Borealis (na sjeveru) i Aurora Australis (na jugu), ali nisu imali pojma što je stvorilo ove prolazne svjetlosne emisije. Danas ne samo da razumijemo što ih uzrokuje, već možemo predvidjeti kada će se dogoditi, kako će biti spektakularni i - što je najspektakularnije za one od nas koji žele pogledati znamenitosti za sebe - kamo krenuti najbolji pogledi na ove pojave na svijetu.

Aurora Borealis ili sjeverna svjetlost osvjetljavaju noćno nebo 12. studenoga 2015. u blizini grada Kirkenes na sjeveru Norveške. (Jonathan Nackstrand / AFP / Getty Images)

Ako biste gledali Zemljinu atmosferu izuzetno visoko, vidjeli biste da ona ima slojeve koji se izdvajaju iz njihovih različitih svojstava. Otprilike 80-105 km gore, u našoj atmosferi postoji sloj natrijuma, koji tijekom dana, pod direktnom sunčevom svjetlošću, ulazi u pobuđeno stanje. Noću se atomi hlade i prelaze u tlo, emitirajući karakterističan žuti sjaj. Kako se povećavate, atomi kisika, dušika i vodika vežu se na različite načine da bi stvorili druge optičke efekte.

Aurora Australis, kako se vidi s ISS-a, jedna je od dviju glavnih planeta Aurore. Fenomen žute i zelene boje desno je zračenje natrijevog sloja i atmosferski kisik iznad njega. (ESA / NASA)

Možete stvoriti crveni zračni tok na maloj nadmorskoj visini iz molekula hidroksila (OH), koji se preklapaju s natrijevim slojem. Iznad ta dva sloja možete vidjeti svijetlo zelene zrake od dušičnog oksida (NO) i, prije svega, monatomskog kisika (O). Plavi zračni zrak ponekad se pojavljuje neposredno iznad zelenog sloja zbog dva atoma kisika koji tvore molekularni kisik (O2), proces koji se opet događa prvenstveno noću. Konačno, crveni zračni jastuk na visokoj nadmorskoj visini nastaje iz elektrona koji propadaju kroz orbitu pobuđenih atoma kisika i pobuđenih hidroksilnih radikala (OH-).

Zapovjednik ISS-ove ekspedicije 30 Dan Burbank snimio je ovu fotografiju komete Lovejoy sa Zemljinim zračnim svjetlom u prvom planu. Imajte na umu različite slojeve u boji i da odgovaraju linijama emisije koje dolaze iz elemenata i molekula na odabranim visinama. (NASA / Dan Burbank)

Sve je to normalno, rutinsko i uzrokovano jednostavno sunčevom svjetlošću koja djeluje na Zemljinu atmosferu. Tijekom dana, svjetlost udara u te atome, molekule i ione, uzbudljivo ih ili ionizirajući, a zatim noću, elektroni se spuštaju natrag prema nižim energijama, emitirajući svjetlost dok djeluju. Ali Sunce često odašilje više od svjetlosti: može i emitirati čestice. Solarni vjetar je primjer sporog i stalnog toka čestica koje dolaze sa Sunca, koje putuju pored Zemlje, svih planeta i na kraju iz našeg Sunčevog sustava; je uvijek prisutan Ali, s vremena na vrijeme, dobit ćemo događaj poput sunčeve bljeskalice, izbacivanja mase korone ili drugog poboljšanja čestica - u smislu brzine i broja - koji mogu stvoriti spektakularni prikaz ovdje na Zemlji.

Zemljino magnetsko polje obično nas štiti od nabijenih čestica koje Sunce emitira, ali kada se magnetska veza dogodi od Sunčevog polja do Zemlje, čestice se mogu usitniti oko polarnih područja, stvarajući spektakularni auroralni show. (NASA / GSFC / SOHO / ESA)

Napunjene čestice iz Sunca ne kreću se ravno pravcem, već slijede stazu zakrivljenu Sunčevim magnetskim poljem. Budući da Zemlja ima i magnetsko polje, te se čestice često slijevaju oko Zemljinih magnetskih pola, pri čemu brže čestice mogu udariti bliže ekvatoru. Zemljina atmosfera čini izvanredan posao zaštite površine od tih čestica; sve dok ste na zemlji, fizički ste sigurni od čak i najmasovnije sunčane oluje. Ali što se bliži jednom od Zemljinih magnetskih stupova, to je veća mogućnost da ćete vidjeti spektakularni auroralni svjetlosni show.

Planetarni K-indeks, prikazan ovdje za sjeverne geografske širine. vitrine u kojima su auroralni prikazi obično vidljivi i nisu vidljivi. K-indeks je na skali od 0–9, gdje je 1 tipična, tiha aktivnost, a aurore su vidljive sjeverno od bilo koje linije prikazane za određenu vrijednost. (NOAA; ljubaznost VE3EN na http: //www.solarham Neto / viewing.htm)

Čestice koje će se namotati na Zemlju vraćaju se u našu atmosferu duž magnetskih stupova, gdje udaraju u naš svijet u „prstenu“, sa sjeverne i južne strane.

Ovo je lažna slika ultraljubičastog Aurora australis snimljena NASA-inim satelitom IMAGE i prekrivena NASA-inom satelitskom slikom Plavog mramora. Slika aurore, međutim, apsolutno je stvarna. (NASA)

Najveće emisije dolaze iz solarnih bljeskova; što je jači bljesak koji je stvorio izbacivanje sa Sunca, te su čestice brže i energičnije. Vodik, kisik i dušik u našoj gornjoj atmosferi udaraju se ovim zračenjem, ioniziraju i napokon susreću slobodno lebdeće elektrone s kojima se mogu rekombinirati. Kada se ovi elektroni spuštaju u razinama energije, oni emitiraju svjetlost nekoliko određenih valnih duljina: najčešće zelene, ali ponekad crvene ili plave. Atmosferu čine isti atomi, molekule i ioni širom svijeta; varijacija je uzrokovana specifičnim svojstvima čestica koje su pogodile atmosferu u to vrijeme!

Višebojna aurora, prikazana Mliječnim putem preko Novog Zelanda, moguća je jer dolazne nabijene čestice udaraju u različite slojeve i elemente prisutne u atmosferi. (Ben (seabirdnz) od flickr)

Iznenađuje puno ljudi koji su i dalje vidjeli fotografije aurore kada su je sami vidjeli svojim očima. Zračni prikazi nisu statični, već se kreću prilično brzo, poput zelene difuzne zavjese koja se povlači i vrti nebom. Najbolji su pogledi na auroru - i mrzim to reći, jer većina nas to nikada neće doživjeti iz prve ruke - nalaze se iznad Zemljine atmosfere, u svemiru.

Ali drugo najbolje mjesto za prikaz aure je iz bilo kojeg mjesta na udaljenosti od oko 30 stupnjeva od Zemljinog magnetskog pola. To uključuje veći dio sjeverne Kanade i Rusije, sjeverne Norveške, Švedske i Finske, kao i cijeli Island, Grenland i (na jugu) Antarktiku. Čak i bez spektakularnog solarnog događaja koji bi se podudarao s njima, aurore su na tim lokacijama uobičajene. Iako ih možete vidjeti u bilo koje doba godine, najbolje je vrijeme za gledanje zimi, kada imate najveći broj sati tame, kada slučajno proživite vedro nebo.

Islanđani Óðinn Kári Karlsson snimili su ove fotografije u ožujku svojim prvim eksperimentom fotografije fotografije s Aurorom. Upotrebom stativa i 15–30 sekundi ekspozicije uspio je snimiti ove zadivljujuće slike jednog od najspektakularnijih prirodnih pojava u prirodi. (Óðinn Kári Karlsson)

Fotografije koje vidite o aurorama nevjerojatno su impresivne i predstavljaju ono što ćete vidjeti za relativno kratko razdoblje: obično samo 15–30 sekundi. Razgovarao sam s Óðinnom Kárijem Karlssonom (gore u "seofiji aurore") koji živi na Islandu. Iako ima puno iskustva s fotografskom opremom i turističkom industrijom, fotografija aurore koju vidite gore, kao i galerija ispod, predstavljaju svoje prvo fotografiranje same aurore! Prema Óðinnu:

[Ovo] sam prvi put fotografirao nakon što sam godinama pomagao svojim klijentima da koriste svoje kamere u obilasku. Fotografirao sam iso 1600, otvor blende 28 i brzinu zatvarača između 15 i 30 sek. Tada sam koristio stativ. Područje na kojem sam ih zauzeo je Stykkishólmur na Snæfellsnesu.

Pogledajte galeriju za sebe!

Niz fotografija aurore s Islanda s 15–30 sekundi izlaganja otkriva nevjerojatno nebo još veće od onoga što ljudske oči mogu vidjeti. (Óðinn Kári Karlsson)

Ovog siječnja vodit ću astrotour Islanda (mjesta su i dalje otvorena), jedno od najboljih i najpouzdanijih mjesta za gledanje Aurore Borealis u cijelom svijetu. Sa 16 sati potpune tame po noći u blizini solsticija, bilo koje mjesto vedrog neba koje se nalazi blizu stupova i bez svjetlosnog zagađenja pružit će vam spektakularnu priliku da sami vidite ovo prirodno čudo planete Zemlje. Otprilike kao totalno pomračenje Sunca, slike, videozapisi i opisi koje možete vidjeti oduzimaju nam dah, ali to nije zamjena za to da ih sami doživite. Svemir je vani; ne propustite svoju priliku da doživite sve što može ponuditi.

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.