Loading...

Kutup Işıkları


Kutup Işıkları

Bunu Biliyor muydunuz?
Carl Weyprecht'in Kuzey Buz Denizi'nde bir takımada olan Franz Josef Toprakları'nı bir Avusturya-Macaristan ekspedisyonunun başında gezdiği 1870'lerden önce, aurora borealis denen kuzey ışıkları hakkında efsaneler söylenmişti. Finlandiya'da kuzey ışıklarına verilen “tilki ateşleri” anlamındaki revontulet adı, eski bir destandan gelir. Bu destana göre, karlar arasında koşan kutup tilkisinin kürkü dağlara değdiğinde, kıvılcımlar havaya uçuşur ve gökyüzünü aydınlatır. Destanın bir diğer versiyonunda ise, tilki fırçaya benzer kuyruğuyla karı yukarıya doğru savurarak gökyüzünü kıvılcımlarla tutuşturur. Lapland'ın kuzey kesiminde bir yıl içinde kuzey ışıklarının görüldüğü gecelerin 200'ü geçmesine bakılırsa, oradaki tilkilerin işi herhalde başlarından aşkın olmalı! Kathy B. Maher
KUTUP IŞIKLARI

Auralar (kuzey/güney kutup ışıkları) gökyüzündeki, özellikle geceleri ve kutup bölgelerinde gözüken, doğal ışımalardır. Bu ışımalar ağırlıklı olarak İyonosfer’de de meydana gelir.

Kuzey enlemlerde aura borealis olarak adlandırılır. Aurora kelimesi Roma Şafak Tanrıçası’nın isminden geliyor. Boreas’da Yunancada kuzey rüzgarına verilen isimdir. Bu isimleri 1621 yılında Pierre Gassendi kullandı. Aura borealis olarak ta bilinen Kuzey Kutup Işıkları sadece Kuzey Yarımküre semalarında görünür. Görünme ihtimali, Kanada’nın kuzeyindeki arktik adalarında bulunan kuzey manyetik kutbu’na doğru yaklaştıkça artar. Manyetik kutbun yakınlarında oluşan aura tam üstte ve çok yukarıdadır. Kuzey ufku, yeşilimsi parlak ya da bazen soluk kızıl renkte, sanki güneş beklenmedik bir şekilde yükseliyormuş gibi aydınlatır. Aura borealis Eylül-Ekim ve Mart-Nisan aylarında nispeten artış gösterir. Cree halkı bu ilginç olaya Ruhların Dansı adını vermişler. Tarih boyunca kuzey ışıklarının birçok ismi olmuştur.

Güney’deki oluşum, aura avustralya/güney kutup ışıkları, benzer özelliklere sahiptir. Ancak kuzeydekine oranla Antartika’da, Güney Amerika’da ve Avustralya’da daha yüksek enlemlerde görünür. Avustralya anlamı ‘güneyin’ olan Latince bir kelimedir.
Aurasal Mekanizma

Aura, manyetosferde yüklü parçacıkların birbirleriyle çarpışmasından meydana gelir. Güneşten gelen elektronlardan, protonlardan ve ağır partiküllerden oluşan yüklü parçacıklar atmosferin yüksek kısımlarında (yaklaşık 80 km üstü, 50 mil) atomlar ve moleküller ile çarpışır. Parçacıkların yükü 1 ile 100 keV (kilo elektron volt) arasında değişir. Bu parçacıklar Güneş’te oluşur ve Dünya’ya düşük enerjili güneş rüzgârları vasıtasıyla ulaşır. Güneş rüzgârının manyetik alanı uygun doğrultuda yaklaştığında (özellikle güney yönünde), Dünya’nın manyetik alanı ile etkileşir ve güneşten gelen parçacıklar manyetosfere girer, manyetik yol boyunca ilerler. Manyetik etkileşimin artması ile parçacıkların Dünya’ya doğru hızlarını artırır.

Atomlar ve moleküller atmosferdeki çarpışma ile elektriksel olarak uyarılır (uyarılama, kısaca elektronların fazla enerji almaları sonucu daha üst orbitallere çıkmasıdır). Kimyasal olarak atomlar daha kararlı olmak istediklerinden, uyarılmış parçacıklardaki elektronlar temel seviyelerine geri dönmek isterler. Geri dönme esnasında fazla enerji de dışarıya maddenin dalga boyuna bağlı olarak farklı renklerde bırakılır. Atomik oksijenden dolayı çoğunlukla yeşil ve kızıl renkler oluşur. Moleküler azot ve azot iyonları düşük seviyeli kızıl ve yüksek seviyeli mavi/mor renklerini oluşturur. Atmosferin yüksek katmanlarında farklı gazlar ve bileşiklerle etkileşiminden farklı renkler ortaya çıkar. Ayrıca, güneş rüzgârının yoğunluğu da oluşan auranın rengini belirler.

Yapısı ve Manyetizması

Genellikle aura ya dağınık parıltı olarak ya da "perde" şeklinde doğu-batı doğrultusunda uzanmış bir halde görünür. Bazen, "durgun ark" (dinamik aura) meydana gelir; aslında sürekli gelişir ve değişir. Her perde, her biri manyetik alan çizgilerinin doğrultusunda sıralanmış, paralel ışınlardan oluşur. Bu durum, Dünya’nın manyetik alanı tarafından auranın biçimlendirildiği fikrini verir. Aslında, uydular elektronlara manyetik alan çizgileri ile yol çizerler. Dünya’ya doğru yaklaşatıkça elektronlar helezonik hareket eder. Perde yapısı şekli "şeritli yapı" adı verilen dizilimle artırılır. Manyetik alan çizgileri ile yolu çizilen parlak aura parçası dosdoğru gözlemcinin üstünde oluştuğunda, perspektif etki ile ve ışınların birbirinden uzaklaşmasıyla aura bir "taç" olarak gözükebilir.

İlk defa Eski Yunan kaşif/coğrafyacı Pytheas, Hiorter bu olayı gündeme getirdi ve Celsius 1741’de, ne zaman tam üstte aura gözlemlendiğinde büyük bir manyetik akımın oluştuğunu, manyetik kontrolün kanıtı olarak tanımladı. Bu, büyük elektrik akımının aura ışığının kaynaklandığı yere doğru aktığını, aura ile birleştiğini gösterdi. Kristian Birkeland 1908’de manyetik akımın aura arkı boyunca, bu tür partikül hareketlerinin genellikle günışığından karanlığa doğru, doğu-batı doğrultusunda hareket ettiğini savundu. Bu yönlenmenin ismi daha sonra "aurasal elektron hareketi" ismini aldı (ayrıca Birkeland akımı).

29 Temmuz 1998’de, THEMIS sondaları ilk kez auraya sebep olan manyetosferik fırtınanın başlangıcını görüntülemeyi başardı. Aya üçte bir uzaklığa yerleştirilen beş sondadan ikisi Aurasal yoğunlaşma başlamadan 96 saniye önce manyetik temas fikrini kullanarak ölçüm yaptı. Angelopoulos "Verilerimiz ilk kez açıkça gösteriyor ki manyetik temas bu olayın tetikleyicisidir." dedi

Elias Loomis (1860)’in ardından Hermann Fritz (1881) ‘in katkılarıyla da auranın yoğunlukla "aurasal bölge"de görüldüğü saptandı. Aurasal bölge Dünya’nın manyetik kutbunun çevresinde yaklaşık 2500 km çapında halka şeklinde bir bölgedir. Manyetik kutba 2000 km uzaklıkta olan cografi kutupta görünmesi neredeyse imkansızdır. Auranın anlık dağılımı ("aurasal oval", Yasha/Jakob Feldstein 1963 biraz farklıdır. (3-5 derece manyetik kutbun karanlık tarafına doğru) Böylece aurasal ark geceyarısı civarında ekvatora en fazla yaklaşmış olur. Aura en iyi bu zamanlarda görülebilir.

Güneş Rüzgarı ve Manyetosfer

Dünya sürekli güneş rüzgarının etkisi altındadır. Güneş rüzgarı güneşin en son katmanındaki milyon dereceye ulaşan korona tabakasından her yönde yayılan ve yoğun olmayan sıcak plazmadır. Plazma gaz haline serbest elektronlar ve pozitif iyonlardır. Güneş rüzgarı genellikle Dünya’ya 400 km/saniye hızında ulaşır, özgül kütlesi 5 iyon/cm3 ve manyetik alan yoğunluğu 2–5 nT (nanoteslas, Dünya'nın yüzey alanı kabaca 30,000–50,000 nT arasındadır). Bunlar dolaylı değerlerdir. Özellikle manyetik fırtına esnasında akımlar bir kaç kat daha fazla olabilir; gezegenlerarası manyetik alan (literatürde kısaca IMF) ise çok daha kuvvetli olabilir.

IMF güneşlekeleri’nin alanına bağlı olarak Güneş’te meydana gelir ve alan çizgileri (kuvvet çizgileri) güneş rüzgarı tarafından uzatılır. Bu, tek başına alan çizgilerini Güneş-Dünya doğrultusuna getirir, fakat Güneş’in dönmesi alan çizgilerinin yaklaşık 45 derece Dünya’da yön değiştirmesine sebep olur ve Dünya’dan geçen alan çizgileri görünür güneş ışığının yaklaşık batı ucundan ("çıkıntı") başlar.

Manyetosfer, Dünya’nın kendi manyetik etkisi tarafından tutulan uzayda küre şeklindeki bir alandır. Manyetosfer güneş rüzgarının yolu üzerinde bir engel teşkil eder ve güneş rüzgarının Dünya’nın yaklaşık 70,000 km dışından dolaşmasına neden olur (genellikle 12,000–15,000 km mesafeye ulaşmadan önce eğilim baskısı oluşur). Manyetosferik engelin genişliği hemen hemen 190,000 kilometreyi bulur. Dünya’nın karanlık tarafında ise çapı devasa boyutlara ulaşan manyetosfer artık uzun bir "manyetikkuyruk" olur.

Güneş rüzgarı ortamı bozduğunda, enerjiyi ve materyali kolayca manyetosfere taşır. Manyetosferdeki enerji yüklü elektronlar ve iyonlar manyetik alan çizgilerini takip ederek atmosferin kutup bölgelerine doğru hareket eder.

Oluşum Zamanları

Aura çoğunlukla kutuplarda meydana gelen bir olaydır. Güçlü bir manyetik fırtına geçici olarak aurasal ovali genişlettiğinde, nadiren ılıman enlemlerde de görülür. Büyük manyetik fırtınalar yaklaşık olarak 11 yılda bir gerçekleşen güneşlekesi döngüsü ile en yoğun fırtına ortaya çıkar ya da patlamada sonraki üç yıllık dönemde. Fakat, aurasal bölgenin içinde auranın meydana gelme olasılığı, genel itibariyle IMF çizgilerinin eğimine özellikle güney yönlü olmasına, bağlıdır.

Aura olayını başlatan jeomanyetik fırtınalar aslında ekinoks aylarında daha belirginleşir. Kutupsal aktiviteler ile bir ilgisi olmazken, neden jeomanyetik fırtınaların Dünya’nın mevsimlerine bağlı olduğu net olarak açıklığa kavuşmamıştır. Manyetopozda, Dünya’nın manyetik alanı kuzeyi gösterir. Bz büyük ve negatif olduğunda (IMF güneye doğru), Dünya’nın manyetik alanını temas noktasında kısmen engeller. Güney yönlü Bz, güneş rüzgarının Dünya’nın daha içerideki manyetosferine ulaşabileceği bir kapı açar.

Geometrik açının bir sonucu olarak Bz bu zamanlarda en çok etkisini gösterir. Gezegenlerarası manyetik alan (IMF) Güneş’ten gelir ve güneş rüzgarı ile dışa doğru taşır. Güneş’in hareketinden sebebiyle IMF sarmal şekildedir. Nisan ve Ekim’de Dünya’nın manyetik kutup ekseni Parker sarmalı ile aynı hizada, en yakın konumuna gelir. Sonuç olarak, Bz ‘nin güney yönlü ve kuzey yönlü hareketi en büyük olur.

Fakat, Bz sadece jeomanyetik aktiviteyi etkilemez. Güneş’in dönme ekseni Dünya’nın yörüngesine göre 8 derece eğiktir. Güneş rüzgarı, güneşin ekvatoruna oranla, çok hızlı bir şekilde Güneş’in kutuplarından estiği için, her altı ayda Dünya’nın manyetosferini bastıran parçacıkların ortalama hızı artar ve azalır. Dünya heliographic enleminin en yüksek olduğu 5 Eylül ve 5 Mart günlerinde, güneş rüzgarının hızı en yüksek değerine, ortalama, 50 km/sn hızına ulaşır.

Hâlâ, ne Bz ne de güneş rüzgarı geometrik fırtınanın mevsimsel davranışını tam olarak açıklayamıyor. Bu etkenlerin hepsi ancak bir oranında gözlenen yarıdönemsel değişimlere veri sağlıyor.
Tarihte aurosal olaylar

28 Ağustos ve 2 Eylül 1859 tarihinde "büyük manyetik fırtına" nedeniyle meydana gelen auralar yakın geçmişte şahit olunan en inanılmaz gösterisini yaptı. Balfour Stewart, Kew Gözlemevi’nden Kraliyet Akademisi’ne 21 Kasım 1861’de gönderdiği metinde manyetograf cihazı ile iki aurasal olayı belgelediğini yazdı ve gözlediği 2 Eylül 1859 tarihli olay ile Carrington-Hodgson ışıma olayı arasında bağlantı olduğunu kaydetti. 2 Eylül 1859’daki ikinci aurasal olayda ise sema o kadar geniş ve parlaktı ki; bu olay bilimsel yayınlarda, gemilerin seyir defterlerinde, Birleşik Devletler`deki nerdeyse tüm gazetelerde, Japonya`da ve Avustralya`da da geniş yer buldu. New York Times 2 Eylül 1859 Cuma günü Boston’da Aurayı "o kadar parlak ki saat 01’de normal bir yazı bile bu ışık sayesinde okunabilir." diye yazdı. Boston yerel saati ile 2 Eylül 1859 Cuma günü, GMT ye göre 6:00 olmalıydı ve bir saat geriden takip eden Kew Gozlemevi’ndeki manyetograf cihazı yoğun olan jeomanyetik fırtınayı kaydediyordu. 1859 ve 1862 arasında Elias Loomis 1859’daki Büyük Aurasal Gösteri hakkında dünyadaki aurasal haberleri topladığı 9 parçalı bir seriyi Amerikan Bilim Dergisi’nde yayınladı. Auranın geçmişte çok yoğun olan koronal kütle püskürmesi (Güneş’in üretebileceği maksimum yoğunluğa çok yakın) sonucu oluştuğu düşünülürdü. Ayrıca, ilk defa aurasal aktivitenin gerçeklestiği yer ve elektrik arasındaki ilişki net olarak fark edildi. Anlaşılan bu durum o dönemde bilimsel manyetometre ölçümlerini mümkün hale getirdi. Ayrıca o tarihlerde kullanılan 201,000 kilometrelik (125,000 mil) telgraf tellerinin kayda değer kısmının fırtına süresince saatlerce bozulduğunun da anlaşılması sağladı. Fakat aurasal akım bazı telgraf tellerini uygun hale getirerek akımın (yerçekimsel indüklenmiş akım) geçmesine uyum sağladığı (Dünya’nın şiddetli dalgalanan manyetosferinden dolayı) anlaşıldı ve haberleşme için kullanıldı. Aşağıdaki sohbet 2 Eylül 1859 gecesi Amerikan Telgraf Hattı’nın iki operatörü Boston ve Portland, Maine arasında gerçekleşti, daha sonra Boston Traveler’da yayınlandı:

Boston telsizi (Portland telsizine): "Lütfen, 15 dakika süresince pillerin gücünü tamamen kesin."

Portland telsizi: "Öyle yapacağım. Şimdi bağlantı kesildi."

Boston: "Benimki de kesik ve aurasal akımla çalışıyoruz. Yazdıklarımı nasıl alıyorsun?"

Portland: "Pillerden daha iyi. – Akım yavaş yavaş gidip geliyor."

Boston: "Şu an bendeki akım çok güçlü ve piller olmadan daha iyi çalışıyor. Aura role manyetiğimiz için akımı çok güçlü yaparak pillerin akımını nötrlüyor ve artırıyor gibi. Farz et ki, bu sorundan etkilendiğimizden, piller olmadan çalışıyoruz."

Portland: "Harika. Yeni bir iş mi kursam ne!"

Boston: "Evet. Başlayabilirsin."

Görüşme hiç pil kullanmadan aura tarafından oluşturulan akımla iki saat civarı sürdü. Bu şekilde en uzun iletişimin gerçekleştiği olaydı.
Kökeni

Auranın esas enerji kaynağı Dünya`dan geçen güneş fırtınalarıdır. Manyetosfer ve güneş rüzgarı elektriği ileten plazmadan (iyonlaşmış gaz) meydana gelmektedir. Akım miktarı akımın yönüne göre hareketin doğrultusuna bağlı olarak a)bağıl hareketin derecesine b)manyetik alanın kuvvetine c)bir birine bağlı iletkenin sayısına ve d)manyetik alan ile iletkenin uzaklığına bağlıdır. Güneş rüzgarı ve manyetosfer bir tür bağıl hız ile iki tane elektrik ileten akışkandır, ve (kural olarak) ``dinamo etkisi`` tarafından elektrik akımı üretebilir, ayrıca da güneş rüzgarından enerji ortaya çıkar. Plazmalar kolayca manyetik alan boyunca temas kurabildiğinden bu yöntem işe yaramayabilir. Manyetik temas sonucu güneş rüzgarının alan çizgileri ile manyetosfer arasında geçici manyetik temas gerçekleşmesi çok önemlidir.

Diğer Gezegenlerde

Jüpiter ve Satürn her ikisi de Dünya’dakinden çok daha kuvvetli manyetik alanlara sahiptirler (Jüpiter’in ekvatoral alan kuvveti 4.3 gauss, Dünya’da ise 0.3 gauss) ve her ikisinde de büyük radyasyon kemerleri. Hubble Uzay Teleskopu ile aura iki gezegende de açık olarak gözlendi. Uranüs ve Neptün’de de gözlenen auralar var.

Devasa gaz kütlesindeki auralar, Dünya’daki gibi, güneş rüzgârı tarafından güçlendirilmiş gibi gözüküyor. Ayrıca, Jüpiter'in ayları, özellikle Io, Jüpiter’deki auranın çok güçlü kaynaklarıdır. Bunlar Io ile Jüpiter arasındaki bağıl hareket nedeniyle dinamo mekanizması tarafından meydana gelen elektrik alan çizgileri ("sıralanmış alan çizgileri") boyunca ortaya çıkar. Aktif volkanlara ve iyonesfere sahip Io güçlü bir kaynaktır, ayrıca akımları radyo dalgaları oluşturur. Io`da Europa`da ve Ganymede`de de Hubble Uzay Teleskopu ile aura gözlendi. Bunlar Jüpiter‘in manyetik plazma patlaması sonucu uydularının çok ince atmosferinde gerçekleşir.

Mars ve Venüs’te aura oluşumunun gerçekleştiği gezegenlerdendir. Venüs`un tam bir gezegensel manyetik alanı olmadığı için, Venüs aurası değişken şekil ve yoğunlukta parça parça dağılır, parlak gözükür. Bazen kutuplardaki aura tüm yüzeyi kaplayabilir. Sebebi, diğer gezegenlerde olduğu gibi güneşten gelen parçacıklardır ve gezegenin karanlık tarafına yönelirler. SPICAM Mars Express tarafından14 Ağustos 2004`de Mars`ta da auraya rastlanmıştır. Aura 177° Doğu, 52° Güney koordinatlarında Terra Cimmeria’da görüldü. Genişliği 30 km, yerden yüksekliği 8 km idi. Mars Küresel Kaşifi’nin derlediği yüzey manyetik anomali değerlerine göre, bilim adamları en fazla ışık yayılımının olduğu yerin en yoğun manyetik alanın bulunduğu bölgede ortaya çıktığını anladılar. Olaylar arasındaki ilişki yayılan ışık kaynağının aslında manyetik çizgiler boyunca hareket eden elektron akı olduğunu doğrular.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder