Dlaczego zorza polarna pojawia się w nieoczekiwanych miejscach

Zorza polarna, wisi nad wioską rybacką Reine na norweskim archipelagu Lofoty. Najlepszymi miejscami do oglądania tego eterycznego pokazu są „strefy zorzowe” znajdujące się w pobliżu biegunów Ziemi, ale czasami można je zobaczyć z jeszcze dalej na północ i południe. Zdjęcie: Rieger Bertrand 

Czym są zorze polarne, czyli zorza polarna i południowa? 

Włoski astronom Galileo Galilei stworzył termin zorzy polarnej w 1619 r. na cześć rzymskiej bogini świtu – błędnie wierząc, że jest to odbicie światła słonecznego od atmosfery. W rzeczywistości zarówno zorza polarna, jak i południowa powstają w wyniku interakcji gazów znajdujących się w ziemskiej atmosferze z wiatrem słonecznym: strumieniem naładowanych elektrycznie cząstek, zwanych jonami, wystrzeliwujących ze Słońca we wszystkich kierunkach. Kiedy wiatr słoneczny dociera do Ziemi, uderza w pole magnetyczne planety, wytwarzając prądy naładowanych cząstek, które płyną w kierunku biegunów.

Niektóre jony zostają uwięzione w warstwie atmosfery zwanej jonosferą, gdzie zderzają się z atomami gazu – głównie tlenu i azotu – i „wzbudzają” dodatkową energią. Energia ta jest następnie uwalniana w postaci cząstek światła, czyli fotonów.

Dlaczego zorze są zielone, czerwone, a czasem niebieskie lub fioletowe? 

Kolory zorzy wskazują, gdzie w atmosferze i z jakimi gazami to wszystko się dzieje. Na przykład wzbudzony atom tlenu potrzebuje prawie dwóch minut na wyemitowanie czerwonego fotonu, a jeśli w tym czasie jeden atom zderzy się z drugim, proces może zostać przerwany lub zakończony. Zatem kiedy widzimy zorze czerwone, najprawdopodobniej znajdują się one na najwyższych poziomach jonosfery, na wysokości około 240 kilometrów, gdzie jest mniej atomów tlenu, które zakłócają się nawzajem.

Natomiast zielone fotony są wyładowywane w czasie krótszym niż sekunda, dlatego częściej występują w umiarkowanie gęstych częściach atmosfery, od 100 do 240 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. W bardzo gęstej, niższej atmosferze, niecałe 100 kilometrów nad powierzchnią planety, widzimy fioletową mieszaninę czerwonego i niebieskiego światła – charakterystyczne kolory azotu cząsteczkowego.

Zorza polarna rozświetla nocne niebo za kultowym islandzkim wulkanem Kirkjufell. Zorze powstają, gdy naładowane cząstki słoneczne zderzają się z gazami w ziemskiej atmosferze. Kolor oznacza warstwę atmosfery ziemskiej, w której zachodzą te interakcje. Zdjęcie: Babak Tareshi

Gdzie można zobaczyć zorze polarne?

Zorze zaobserwowano na każdej planecie Układu Słonecznego z wyjątkiem Merkurego – nawet, jak na Wenus i Marsie, gdy pole magnetyczne jest bardzo słabe lub nie istnieje. Wykryto je nawet na ogromnej „zbójczej planecie” oddalonej o 20 lat świetlnych. Astronauci wykonali spektakularne zdjęcia i filmy zorzy ziemskiej z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Dla osób bardziej przywiązanych do Ziemi najlepsze miejsca do obserwacji zorzy polarnej znajdują się w „strefie zorzowej”, pomiędzy około 60 a 75 stopniem szerokości geograficznej, zarówno na północy, jak i na południu. Jeszcze bardziej prawdopodobne jest, że zobaczysz zorzę polarną, jeśli znajdziesz się w mniejszym pasie Ziemi, pomiędzy 65 a 70 stopniem szerokości geograficznej. Potrzebujesz także miejsca, gdzie niebo jest ciemne i czyste, z dala od zanieczyszczeń świetlnych. Na półkuli południowej oznacza to zazwyczaj Antarktydę, Tasmanię lub południową Nową Zelandię jesienią lub zimą. Na północ od równika obejmuje takie miejsca, jak obszary wokół Fairbanks na Alasce; Churchill, Manitoba; obszar Laponii w północnej Szwecji i Finlandii oraz Tromso w Norwegii, między innymi.

Kiedy pojawiają się zorze polarne i czy zdarzają się częściej?

Dobrym sposobem przewidzenia nocy z silną zorzą polarną jest odliczenie 27 dni od ostatniej nocy; zorze są silnie powiązane z aktywnością plam słonecznych, a ponieważ obrót Słońca wokół własnej osi trwa 27 dni, tyle czasu zajmie plama słoneczna wytwarzająca zorzę słoneczną, aby ponownie się pojawić. W niektórych latach widać więcej zorzy polarnej niż w innych. Aktywność plam słonecznych rośnie i maleje w cyklu 11-letnim; ostatnia tendencja wzrostowa rozpoczęła się w 2019 r. i osiągnie szczyt w 2024 lub 2025 r.

Większa aktywność plam słonecznych jest również przyczyną czasami zorzy polarnej w częściach świata, które w innym przypadku rzadko można zobaczyć. Ten wzrost aktywności stwarza większe prawdopodobieństwo wystąpienia dużych burz słonecznych, które mogą wystrzelić promieniowanie elektromagnetyczne i cząstki w kierunku Ziemi; kiedy uderzają w naszą atmosferę, zalewają ją tak wieloma cząsteczkami, że strefa zorzowa rozszerza się daleko poza swoje zwykłe granice. Efekt ten był ostatnio widoczny na początku 2023 r., kiedy burze słoneczne spowodowały, że zorze polarne były widoczne aż na południu, aż do Arizony i Anglii.

Burze słoneczne mogą jednak nie tylko powodować olśniewające obrazy, ale także wpływać na sieci energetyczne i systemy GPS. Jednak nawet najbardziej aktywne cykle plam słonecznych będą miały trudności z dorównaniem największej burzy słonecznej w historii. 1 września 1859 roku astronomowie obserwowali rosnącą liczbę plam słonecznych pojawiających się na powierzchni naszej gwiazdy, gdy rozbłysk słoneczny pędził w stronę Ziemi, tworząc żywe zorze polarne aż na południu do Kuby i na północy aż do Santiago w Chile. Ponieważ nigdy wcześniej ich nie widzieli, niektórzy obserwatorzy wierzyli, że jasne światła zwiastowały koniec świata lub że „wyglądało to, jakby na ziemi panował kolosalny ogień, który odbijał swoje płomienie na niebie”.

Namiot rozbija się pod zorzą polarną w Gates of the Arctic, najbardziej wysuniętym na północ parku narodowym w Stanach Zjednoczonych. Ten region Alaski jest jednym z najlepszych miejsc na Ziemi do oglądania zorzy polarnej. Zdjęcie: Katie Orlinsky