Sekretna paleta barw. Dlaczego zorza polarna zmienia kolory?
Magiczny spektakl barw na nocnym niebie to nie tylko domena Arktyki. Coraz częściej, dzięki potężnym rozbłyskom na Słońcu, zorzę polarną możemy podziwiać także w Polsce. Tak było minionej nocy w wielu częściach kraju. Ale czy zastanawialiście się, dlaczego raz zorza polarna płonie intensywną czerwienią, a innym razem mieni się zielenią lub fioletem? To efekt fascynującej gry fizyki: wiatru słonecznego uderzającego w ziemską atmosferę. Jak tlen i azot na różnych wysokościach tworzą tajemniczy kod kolorów i jak przygotować się do obserwacji zorzy polarnej?
Spis treści:
- Jak powstaje zorza polarna?
- Od czego zależy kolor zorzy?
- Jak obserwować zorzę polarną?
- Jak zrobić zdjęcie zorzy polarnej telefonem?
Zorze polarne (aurora borealis, aurora australis) coraz częściej rozświetlają polskie niebo, co jest bezpośrednim efektem silnych rozbłysków słonecznych. Ten barwny spektakl to nie tylko piękny widok, ale też skomplikowane zjawisko fizyczne.
Warto więc zadać sobie pytanie: co sprawia, że niebo płonie czerwienią lub zielenią i jaki mechanizm stoi za narodzinami zorzy?
Jak powstaje zorza polarna?
Mechanizm powstawania zorzy polarnej uruchamia się podczas silnych rozbłysków słonecznych, które wyrzucają w przestrzeń kosmiczną strumienie wysokoenergetycznych cząstek.
Kiedy wiatr słoneczny napotyka magnetosferę Ziemi, naładowane elektrony i protony są kierowane ku biegunom.
Przenikając do wyższych warstw atmosfery, cząstki te bombardują atomy gazu, powodując ich jonizację oraz wzbudzenie. Uwolniona w tym procesie energia manifestuje się jako promieniowanie świetlne, które podziwiamy w postaci barwnych pasm.
Od czego zależy kolor zorzy?
To, jakie kolory rozświetlą nocne niebo, zależy od dwóch kluczowych czynników: rodzaju gazu oraz wysokości, na której dochodzi do zderzenia.
Pędzące ze Słońca cząstki uderzają w cząsteczki gazów w naszej atmosferze, przekazując im potężną dawkę energii. Wzbudzone atomy muszą się jej pozbyć, co robią poprzez emisję fotonów - czyli światła.
W zależności od tego, czy "ofiarą" zderzenia padnie tlen, czy azot, oraz jak wysoko się to wydarzy, nasze oczy ujrzą całą paletę barw: od dominującej zieleni, przez rzadką czerwień i pomarańcz, aż po błękity i fiolety.
Kiedy występujący na niższych wysokościach tlen jest wzbudzony, zorza pojawia się w odcieniach zieleni. W połączeniu z większą zdolnością oka do wychwytywania spektrum barw zielonych, sprawia to, że jest to najbardziej dominujący i najczęściej obserwowalny kolor tego zjawiska.
Falujące pasma i wstęgi w kolorach czerwieni obserwowane są rzadko. Taki kolor zorzy powstaje tylko podczas niezwykle intensywnej aktywności słonecznej. Co ciekawe, ta barwa powstaje również w wyniku reakcji zachodzących z tlenem. Tutaj chodzi jednak o dużo większe wysokości, powyżej 240 km. Jest tam mniejsze stężenie tlenu, co w efekcie po wzbudzeniu cząstek daje barwę czerwoną, wpadającą też w odcienie różowego i pomarańczowego.
Żółtą barwę zorzy, podobnie jak w przypadku czerwonej, obserwuje się rzadko. Żółty spektakl na niebie zobaczymy wtedy, kiedy dojdzie do zderzenia cząstek z mieszaniną azotu i tlenu. Występowanie tej barwy także wiąże się z dużą aktywnością Słońca.
Kolor fioletowy i fiolet wpadający w róż w przypadku zorzy powstaje, gdy dochodzi do interakcji z azotem na mniejszych wysokościach, ale wciąż powyżej ok. 100 km. Te kolory są widoczne gołym okiem tylko wtedy, jeśli zorza polarna jest wystarczająco intensywna, co również wiąże się z wysoką aktywnością słoneczną.
Niebieska i niebiesko-fioletowa zorza polarna pojawia się przy reakcjach z azotem występującym na mniejszych wysokościach, do ok. 100 km. Lżejsze gazy - wodór i hel - również świecą w tonacji niebieskiej i w odcieniach fioletu.
Jak obserwować zorzę polarną?
Do obserwacji zorzy nie potrzeba żadnych dodatkowych sprzętów, przy dobrych warunkach widać ją gołym okiem. Aby cieszyć się wyjątkowym spektaklem, wystarczy wybrać się w miejsce z jak najmniejszym zanieczyszczeniem światłem. Intensywne kolory zorzy łatwiej uchwycić na zdjęciach.
Do śledzenia tego, gdzie pojawi się zorza, szczególnie w Polsce, gdzie do takich zdarzeń dochodzi rzadko - warto wykorzystać aplikacje na telefon. Można zainstalować np. Aurora Alerts, My Aurora Forecast & Alerts, albo SpaceWeatherLive.
Jak zrobić zdjęcie zorzy polarnej telefonem?
Zrobienie dobrego zdjęcia zorzy polarnej jest możliwe nawet telefonem ze średniej półki. Współczesne smartfony mają świetne tryby nocne, ale zorza wymaga nieco więcej uwagi. Nie da się zrobić ostrego zdjęcia zorzy "z ręki". Aparat musi naświetlać matrycę przez kilka sekund. Dlatego statyw to podstawa.
Lampa błyskowa musi być wyłączona, bo zepsuje zdjęcie. Podobnie tryby automatyczne. Większość telefonów wykryje ciemność i zaproponuje Tryb Nocny, a to błąd.
Zdjęcie zorzy warto zrobić w Trybie Pro. Czas naświetlania ustaw od 2 do 10 sekund. Jeśli zorza szybko się rusza, wybierz krótszy czas (3 sekundy). Jeśli jest słaba, ustaw 8-10 sekund.
Czułość (ISO) ustaw między 800 a 1600. Wyższe ISO rozjaśni zdjęcie, ale może wprowadzić brzydkie ziarno.
Ostrość (focus) ustaw na "nieskończoność" lub na bardzo odległy obiekt (np. światła na horyzoncie).
Zdjęcie prosto z aparatu często wygląda gorzej niż to, co widzimy w internecie. Do obróbkli warto wybrać aplikacje: Lightroom Mobile lub Snapseed.
Źródła: northernlightscentre.org, sciencealert.com, theaurorazone.com, teleskop.pl; artykuł konsultowany z pracownikiem Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika Polskiej Akademii Nauk.
