Kategoriler
Bilim & İnsan

Kutup ışıkları (Aurora) nedir ve nasıl oluşuyor?

Kutup ışıkları Dünya'da gökyüzündeki yüksek enlemlerde görülen renkli ışık şeritlerinin adıdır. Kuzey ışıkları ya da aurora borealis kuzey kutup dairesinin yakınında görülürken, güney ışıkları veya aurora australis güney yarımkürede görülüyor. Bu ışık, üst atmosferdeki oksijen ve azot tarafından salınan fotonlardan gelmektedir. Bizden 150.000.000 kilometre ötedeki Güneş'in taç küresinden çıkan rüzgardaki enerji dolu parçacıklar Dünya'nın iyonosfer denilen atmosfer katmanına çarparak içindeki atomları ve molekülleri iyonlaştırır. İyonlar stabil hale geldiğinde açığa çıkardıkları enerji kutup ışıklarını oluşturuyor.

Kutup ışıkları nasıl oluşuyor?

NASA'nın Güneş Karasal İlişkiler Gözlemevi (STEREO) Ahead uzay aracı tarafından 12 Şubat 2010'da yakalanan ultraviyole görüntüde, Güneş'in iki aktif bölgesinde oluşan çok küçük bir güneş fırtınası izleniyor.
NASA'nın Güneş Karasal İlişkiler Gözlemevi (STEREO) Ahead uzay aracı tarafından 12 Şubat 2010'da yakalanan ultraviyole görüntüde, Güneş'in iki aktif bölgesinde oluşan çok küçük bir güneş fırtınası izleniyor. (Görsel: NASA)

Güneş'in taç küresinde gerçekleşen Güneş patlaması olayı, Güneş'ten uzaya yüklü miktarda parçacık yayar. Bu yüklü parçacıklara Güneş rüzgarı deniyor. Bu rüzgar proton ve elektron gibi iyonlaşmış gaz plazmaları içerir. Bu plazmalar Dünya'nın manyetik kalkanına nüfuz ederek atmosferimizdeki atomlar ve moleküllerle çarpışıp etkileşime giriyor. Bu çarpışma sayısız küçük ışık patlaması yani foton meydana getirerek gördüğümüz kutup ışıklarını oluşturuyor.

Güneş rüzgarındaki yoğunlaşma jeomanyetik fırtınaya yol açarak Dünya'nın manyetik alanında geçici bozulma yaratabilir. Kutup ışığı avcıları, gündüz başlayan jeomanyetik fırtınanın geceleri kutup ışığı görüntüsüyle sonuçlandığını bulmuştur.

Jeomanyetik fırtına Dünya'ya ulaştığında plazma akışı Dünya'nın manyetik alanını (manyetosfer) geçici olarak deforme ederek Dünya'nın Güneş'ten uzak tarafında enerji birikimine neden olur. Serbest kalan bu enerji, yüklü parçacıkları hızlandırır ve kutuplara doğru sarmal biçim oluştururlar.

İLGİLİ:  En büyük bakteri bir sinekten daha uzun

Jeomanyetik fırtınanın kaynağı

Jeomanyetik fırtınalar, Güneş'in taç küresindeki soğuk alanlar olan taç küre delikleri ve solar taç küre kütle atımı (CME) denilen güçlü olaylarla ilişkiye sahip. Bu güçlü patlamalar, büyük miktarda plazma ve elektromanyetik ışınım yayıyor. Bir CME Dünya'ya yöneldiğinde yolundaki Güneş rüzgarını inanılmaz hızlara çıkarır. En hızlı CME geçiş süresinin saatte 10.000.000 kilometre olduğu hesaplandı. Tipik Güneş rüzgarı hızı saatte 1.400.000 kilometredir. CME'ler, Güneş'in parlaklığının aniden arttığı güneş patlamasıyla ilişkili.

Kutup ışıklarını gözlemlemeye yarayan yer tabanlı manyetometreler kutup ışığı ile ilişkili uzay hava olaylarını gösterir. Bu manyetometreler bir jeomanyetik fırtınayı 20 ila 30 dakika önceden öngörebiliyor.

Kutup ışığının renkleri

Uzaydan görüldüğü biçimiyle kuzey ışıkları veya aurora borealis.
Uzaydan görüldüğü biçimiyle kuzey ışıkları veya aurora borealis. (Fotoğraf: NASA)

Dünya'nın atmosferindeki her element belirli dalga boyundaki ışığı yansıtır. Bu nedenle gökyüzünde görünen renkler enerji kazanan atomun türüne (nitrojen veya oksijen gibi), ne kadar enerji aldığına ve ışıkların dalga boyunun nasıl birleştiğine bağlı. Güneş'ten ve Ay'dan yansıyan ışık da kutup ışığı rengini etkiliyor.

Parçacıklar atmosferdeki bir atom veya moleküle çarptığında yavaşlar ve enerjisinin bir kısmını aktarır. Molekül bu enerjiyi yalnız çok kısa süreliğine depolayabilir ve çoğu ışık şeklinde yayılır. Bu ışığın dalga boyu atom veya molekül için karakteristiktir ve biz bunları farklı renkler olarak algılarız.

Siyah kutup ışığı: Bazen bir kutup ışığında siyah şerit bulunabilir. Bu siyah bölge engellediği yıldız ışığından tespit ediliyor. Tahminlere göre siyah kutup ışığı elektronun gazla etkileşimini önleyen üst atmosferdeki elektrik alanından kaynaklanır.

Parçacıklar oksijen molekülleri ile çarpışırsa enerji yeşil ışık şeklinde salınır. En yaygın görülen kutup ışığı rengi bu. Çünkü çoğu güneş parçacığı çarpışması oksijen molekülünün oldukça yoğun olduğu 100 ila 200 km yükseklikte gerçekleşiyor. Yeşil sıkça en üst enlemlere özgü.

İLGİLİ:  Mars'ta doğan insanlar farklı mı olacak?

100 km'den aşağıda ise yüklü parçacıklar mavi ve kırmızı renkler yayan nitrojen molekülleri ile etkileşime girer. Bu etkileşim yeşil kutup ışığının etrafında mor kenarlar oluşturur. Daha yükseklerdeki uyarılmış veya yüksek enerjili oksijen atomlarıyla yapılan çarpışmalar daha nadir koyu kırmızı kutup ışığını ortaya çıkarır. Kırmızı renk alt enlemlere özgü.

Oksijen ve nitrojenin karışımından kaynaklanan emisyonlarda gökkuşağının herhangi bir rengi ortaya çıkabiliyor. Hatta atmosferdeki inversiyon katmanları denilen bölgelerden salınan elektrik yükü nedeniyle bu tür kutup ışığı oluşumunda çatırdama sesleri oluştuğu bulunmuştur.

Elementlere göre renkler

Kanada üzerinde görülen nadir mavi kutup ışığı.
Kanada üzerinde görülen nadir mavi kutup ışığı. (Görsel: Spaceweather)
  • Oksijen: Kutup ışıklarını oluşturan en yaygın element oksijendir. Oksijen canlı yeşil (557,7 nm dalga boyu) ve ayrıca koyu kahverengimsi kırmızının (630,0 nm dalga boyu) oluşumundan sorumlu. Saf yeşil ve yeşilimsi sarı renk, oksijenin uyarılmasından kaynaklanır.
  • Azot: Mavi (çoklu dalga boylarında) ve kırmızı ışık yayar.
  • Diğer gazlar: Atmosferdeki diğer gazlar da uyarıldıklarında ışık yayıyor ancak bazı dalga boyları insan görüşünün dışındadır veya görünemeyecek kadar soluktur. Hidrojen ve helyum mavi ve mor ışık yayar. Gözlerimiz bu renklerin hepsini göremese de, fotoğraf filmi ve dijital kameralar daha geniş bir renk yelpazesine sahip.

Rakıma göre kutup ışığı renkleri

  • 240 km yukarıda – kırmızı – oksijen
  • 240 km'ye dek – yeşil – oksijen
  • 100 km üzeri – mor – azot
  • 100 km'ye dek – mavi – azot
İLGİLİ:  Güneş'in özellikleri, oluşumu, yapısı, yüzeyi ve atmosferi

Kutup ışığının oluşma zamanı nedir?

Kutup ışığını görmek uzun bir planlama gerektirir. Kutup ışığı güneş patlaması ve CME gibi olaylar yoğunken görülüyor. Güneş'in aktivitesi yaklaşık her 11 yılda bir zirve yapıyor. Güneş'in döngülerini tahmin etmek kolay değil ancak bir sonraki güneş maksimumu Temmuz 2025'de gerçekleşecek. Ancak kutup ışığı için güneş maksimumu şart değil.

Kutup ışığı veya aurora en çok bulutsuz açık gökyüzünde 22:00 ile 02:00 saatleri arasında görülür. Kış onları izlemek için en ideal zaman çünkü gece daha erken başlar ve gökyüzü daha uzun süre karanlık olur. Diğer yandan jeomanyetik fırtınalar en çok Mart ve Eylül aylarında meydana geliyor çünkü Dünya'nın manyetik alanı diğer gezegenlerin manyetik alanına göre hizalanıyor. Dünyada Avustralya Meteoroloji Bürosu gibi aurora uyarıları yayınlayan servisler var.

Diğer gezegenlerdeki kutup ışıkları

Dünya kutup ışıkları olan tek gezegen değil. Örneğin, gökbilimciler Jüpiter, Satürn ve İo'da aurora fotoğrafları çektiler. Ancak bu gezegenlerde kutup ışıklarının renkleri farklıdır çünkü atmosferleri aynı değildir. Bir gezegenin veya uydunun kutup ışığına sahip olması için tek şart enerji dolu parçacıklar tarafından bombalanan bir atmosferi olması. Gezegenin manyetik alanı varsa, kutup ışığı her iki kutupta da oval bir şekle sahip olur. Manyetik alanı olmayan gezegenlerde kutup ışıkları oluşabilir ancak düzensiz olarak şekillenecektir.


Yazar Ayberk Göktürk

Genellikle modern tarih, yakın tarih ve popüler bilim üstüne içerikler üretiyor. Özel ilgi alanları arasında Kuzey Afrika ve Güney Amerika'nın sömürge tarihi ve Avrupa'daki eski monarşiler yer alıyor.