Kuzey Kutbunda Gece

[B@RoN]

Yüzyıllar boyunca hakkında binlerce açıklama ve fikir geliştirilmiş kuzey ışıklarının nasıl oluştuklarını anlamak ise, ancak Dünya ve uzay hakkında edindiğimiz bilgiler geliştikçe, yeni yeni mümkün olmuştur.
Kuzey ışıklarının nasıl oluştuğunu anlamak için bilmemiz gereken şeyler hiç de azımsanacak gibi değil. Bu fenomeni açıklamak için Güneş rüzgarları, dünyanın manyetik alanı, manyetik alan hatları ve ionlar ile elektronların bu hatlar üzerindeki davranışları, elektronlarla bombalanan gazların tepkileri, "renk dediğimiz şey aslında bir ne?" sorusunun cevabı gibi birbiriyle alakasız görünen bir çok alandan gelen bilgilerin birleştirilmesi gerekmiştir.
Belirtmek gerekir ki, bu bilgilerin bir çoğu da hala tamamen anlaşılabilmiş şeyler değil. Gözlenebilen kimi etkilerin var olma sebepleri hakkındaki bilgimiz, tahminlerden öteye gidemiyor çoğu zaman.
Belirsiz bir kaynaktan başlayıp son etkiye gelmek hayli zor olacağından, görülen etkilerden başlayıp yavaş yavaş geriye doğru ilerlemek daha yerinde olur diye düşünüyorum.
Bu ışıklar da ne?
Aurora sırasında görülen ışıklar, Güneş'ten gelerek yaklaşık 450 km/saniye hızla ilerleyen yüksek enerjili elektronların atmosferdeki gaz molekülleriyle çarpışması sonucunda ortaya çıkar. Çok yüksek enerjili yeni bir elektron kazanan atomlar, kapasitelerinin çok üstünde enerjiyle yüklenirler (bkz: forbidden line) Normal şartlarda bir atom veya molekül yüksek düzeyde enerjiyle yüklendiğinde, bu enerjiyi diğer atomlara çarparak hızla kaybeder.
Ancak, molekül yoğunluğunun santimetreküp başına birkaç atom olduğu 80-150km arası yüksekliklerde bir atomun çarparak enerjisini aktaracağı bir diğer atoma rastlaması düşük bir olasılıktır. Bu yüzden atomlar fazla enerjiyi ışık halinde [ve nazaran yavaşça (aurora sırasında elektronların çarptığı her atom aşağı yukarı 1 saniye kadar ışık yayar)] yayarlar.

Neden sadece kutuplarda?

Dünya'nın manyetik alanı, (tahmin edildiği kadarıyla) dünya'nın iç çekirdeğinin dev ve hareketli bir sıvı demir topu olması dolayısıyla oluşan çok büyük elektrik akımının yarattığı bir etki. Manyetik alan çizgileri, her mıknatısın güney kutbundan çıkıp kuzey kutbuna giren ince teller olarak hayal edilebilir -ya da güneş rüzgarları olmasa, böyle olacaktı, oraya geleceğiz birazdan.
İlkokulda altına mıknatıs konmuş beyaz bir kağıdın üzerine demir tozu döktüğümüzde karşımıza çıkan manzaranın çok benzeri, Dünya için de geçerlidir.

Dünya'nın çekirdeğinin hareketi dolayısıyla tam yeri sürekli değişen manyetik kutupların yakınlarında, manyetik alan çizgileri farklı yönlerden gelip tek bir noktaya giren bir ters koni oluşturduklarından, yerden yükseldikçe manyetik alan zayıflar, hatta yerden birkaç kilometre yukarıda Dünya'nın manyetik alanının etkisi sıfırlanır. Dünya'nın manyetik alanı, Güneş'ten gelen güneş rüzgarlarını manyetik alan çizgileri üzerinden yönlendiren ve Dünya'yı bu rüzgarların yıkıcı etkisine karşı koruyan bir kalkan işlevi görür. Ancak manyetik alanın sıfırlandığı alanlarda elbette bu koruma çok azalır ve güneş rüzgarlarının içindeki yüksek enerjili parçacıklar Dünya'ya ulaşabilirler.
Kuzey ışıkları da yalnızca bu parçacıkların Dünya'ya ulaşabildikleri bölgelerde, yani kutup dairelerinde görülür.

Tam bu arada ek bilgi olarak belirtmekte fayda var, Dünya'nın kuzey ve güney manyetik kutupları birbirinin tam karşısında değildir. Manyetik güney kutbunun coğrafi güney kutbuna uzaklığı, manyetik kuzey kutbunun coğrafi kuzey kutbuna uzaklığından daha fazladır. Her iki kutup da birbirlerinden bağımsız olarak sürekli yer değiştirmektedir. Dahası, tam olarak neden, ne zaman ve nasıl olduğu bilinmeyen şekilde, ortalama 200.000 yılda bir dünyanın manyetik kutupları yer değiştirmekte, güney kutbu coğrafi kuzey kutbuna, kuzey kutbu da coğrafi güney kutbuna gitmekte, bu yer değiştirme esnasında ise dünya tamamen kutupsuzlaşmaktadır.

Güneş rüzgarı mı?
Güneş rüzgarı, Güneş'in taç katmanından ışık hızının onda biri hızında fırlatılan yüksek enerjili (1000 elektron volt) parçacıklardan oluşan bir plazma akımıdır.

Gazdan ziyade plazma özellikleri gösteren Güneş rüzgarı, hayli elektrik-iletkendir ve dolayısıyla güneşin manyetik alanının etkilerini kendisiyle beraber güneş sisteminin uçlarına kadar taşır. Güneş rüzgarının oluşturduğu ve tüm güneş sistemini dolduran bu plazma akımına heliosferik akım yüzeyi denir. Bu plazma, gibi hidrojen ve helyum ionlarından oluşur ve bileşimi taç katmanda Güneş'ten çıktığı noktadan, güneş sistemini dolduran (ve bir ölçüde dış etkilerden koruyan) heliosfer'in dış sınırına kadar her yerde aşağı yukarı aynıdır: %73 Hidrojen %25 Helyum.

Güneş'in taç katmanı, güneşin görülebilen ışıklı yüzeyinden (fotosfer) 200 kat daha sıcak, ancak fotosferin 1012 de biri yoğunluğunda, güneşten bir milyon kilometre kadar uzağa yayılan bir tabakadır. Bu ısının kaynağı hakkında her kafadan bir ses çıkıyor ancak ne olduğu henüz kesin olarak bilinmiyor. Yalnızca çok ama çok sıcak olduğu ve bileşiminin (plazma'dakiyle aynı şekilde) %73 ünün ionize hidrojen, %25 inin ionize helyum, geri kalanının da eser miktarda ıvır zıvır olduğu biliniyor. [İonize ne demek? Elektronları, yani eksi yüklerinin bir veya daha fazlası, bir enerji kaynağı tarafından çekirdeğinden kopartılmış atom demek. Güneşin taç katmanındaki hidrojen ve helyum atomlarının hiç elektronu yoktur, yalnızca + yüklü çekirdekleri kalmıştır.] Güneşin manyetik alanının etkisi, Güneş ve Dünya arasında boşluktan başka bir şey olmasa, Dünya yörüngesinde 10-11 tesla olacakken, güneş rüzgarının etkisiyle 100 kat daha güçlüdür ve bu yüzden dünyanın manyetik alanının şekillenmesinde çok büyük etkisi vardır.
[Buradan anlayacağımız şey, "uzayın boşluğu" dediğimiz şeyin, güneş sistemimiz içinde aslen sıvı/plazma özellikleri gösteren bir madde ile dolu olduğu ve aslında "boşlukta salınmak"tan ziyade "plazmada yüzüyor" olduğumuzdur.]

Dünya'nın manyetosferinin, yani uzaya yayılan manyetik alanının şekli, dünyanın iç manyetik alanı, güneş rüzgarları ve gezegenler arası manyetik alanlar tarafından belirlenir ve Dünya'nın güneşe bakan tarafında, Dünya'nın merkezinden 70.000 km öteye kadar uzanan bir elips şeklinde iken, gece tarafında güneş rüzgarlarının etkisiyle, Dünya'nın çapının 200 katından daha öteye uzanan ve nerede, nasıl bittiği tam olarak bilinmeyen bir silindir şeklindedir. Manyetosferi oluşturan iç manyetik alan, güneş rüzgarlarını oluşturan iç manyetik alandan farklı olduğu için, bu iki plazmanın birbirine karışması mümkün değildir. İonize parçacıklar manyetik alan çizgileri üzerinde güneyden kuzeye doğru spiraller çizerek kaydıklarından, güneş rüzgarlarının büyük bölümünün yönü, dünyanın manyetosferi tarafından değiştirilir.
Ne yani?
Toparlamak gerekirse, tüm bu bilgiler ışığında sanırım şöyle özetleyebiliriz: "Kuzey ışıkları, güneş'ten fırlatılan yüksek enerjili parçacıklar, Dünya'nın manyetik alanının en zayıf olduğu bölgelerde atmosferin üst tabakalarındaki seyrek atomlara çarparlar. Bu çarpma sonucunda haddinden fazla enerjiyle yüklenen atomlar kazandıkları fazla enerjiyi ışıma yaparak atarlar. Biz de bakıp 'vha-aaaayyy' deriz."

[zeze]

çok güzel