Frank van Hertrooij
Scivolemo 09 Majo 2018
Pliaj artikoloj
Ĉiuj kulturoj ĉirkaŭ la polusoj havis siajn proprajn klarigojn por la polusa lumo. Kelkaj honoris ĝin kaj pensis ke tiuj kiuj mortas iĝos parto de ĝi kiel fantomo. Aliaj kredis ke ĝi estas malbona signo de milito kaj morto. Tiuj kiuj ne kredis je tio pensis ke la lumo estis reflektita de la maro, aŭ eĉ de granda fiŝaro. Daŭris sufiĉe longe ĝis oni eltrovis la veran kaŭzon de la polusaj lumoj, nome la interagoj inter la Suno kaj la atmosfero de la Tero. Eble tio estas malpli magia, sed daŭre estas mirinda kiom la bele la sunsistemo funkcias.
La rakonto de la polusa lumo komenciĝas en la Suno. La Suno konsistas el kutimaj atomoj, plejparte hidrogeno kaj iom da heliumo, sed ili havas specialajn kvalitojn. Kvankam materialoj surtere kutime estas solidaj, likvaj aŭ gasaj, la suno konsistas el kvara formo, nome plasmo. Plasmo kreiĝas kiam gasoj ekhavas tiom da energio, ke atomoj ne plu povas teni siajn elektronojn. La rezulto estas stranga materiale kiu estas plena je pozitive (atomkernoj) kaj negative (elektronoj) ŝarĝitaj partikloj. Surtere plasmoj estas maloftaj, sed ili kreiĝas ekzemple kiam fulmo trairas la atmosferon kaj tiom varmigas ĝin ke ĝi iĝas plasmo. En la Suno, la bezonata varmo venas el la kerno, kie peza formo de hidrogeno estas kunpremata ĝis la atomkernoj kuniĝas kaj kreas heliumon. Tio kreas varmon kaj radion kaj la varmon eliras tra la fluoj de materio en la eksteraj tavoloj de la Suno, dum radio estas absorbata kaj elsendata ĝis ĝi atingas la surfacon kaj eniras la kosmon.
La plasmo kaŭzas kaj estas influata de la magnetkampo de la suno. Tiu kampo konsistas el nevideblaj linioj trans kiuj la partikloj povas plej facile moviĝi. La Suno rotacias tamen kaj pro tio ke ĝi ne estas roka kiel la Tero, malsamaj partoj de la Suno povas rotacii kun malsamaj rapidoj. Tio kaŭzas ke la linioj de la magneta kampo estas streĉataj kaj puŝataj, ĝis la magneta kampo ne plu eltenas. La streĉiĝoj de la magneta kampo de la Suno kaŭzas makulojn sur la surfaco. Ili venas en paroj, de kiuj unu makulo korespondas al unu el la du magnetaj polusoj kaj la alia al la alia. La magneta kampo inter tiuj polusoj malrapidigas la varmofluojn sub la surfaco de la Suno, kio igas la makulojn malpli varmaj. La heleco de stelo estas tre sentema al ŝanĝiĝoj en la temperaturo (duobligo de la temperaturo kaŭzas deksesobligon de la heleco) Dum ciklo de ĉirkaŭ 11 jaroj, la Suno havas pli kaj pli da makuloj kaj kiam ĝi ne eltenas, la plasmo estas ĵetata de la surfaco en la kosmon, por ke la magneta kampo iĝu denove pli stabila. La Suno tuttempe elsendas iom da ŝarĝitaj partikloj en ĉiuj direktoj. Tio nomiĝas la Suna vento. Ĉi tiaj ŝokoj da plasmoj tamen, estas tre intensaj kaj moviĝas nur en unu direkton. Tial ili nomiĝas ”Sunaj tempestoj” en populara scienco (CME).
Kutime Sunaj tempestoj do neniel influas nin, sed se la Tero estas en la ĝusta pozicio, la plasmo rekte alproksimiĝas. Kiam tio okazas, la Tero estas unue trafata de elektromagneta radio. Tiu radio moviĝas kun la rapido de lumo, do ĝi jam trafas la Teron ĉirkaŭ ok minutoj post la elsendo. Materio estas malpli rapida, sed tre rapidaj tempestoj povas atingi rapidon pli altan ol miliono da kilometroj hore. Kiam la plasmo alvenas, ĝi trafas la magnetan kampon, kiu gvidas la ŝarĝitajn partiklojn al la polusoj. Tre intensaj Sunaj tempestoj povas havi malbonajn efikojn. Ili influas la ionosferon, kiu reflektas la radiosignalojn kiujn oni uzas por dissendi informojn kaj komuniki kun aviadiloj. Pro tiu kialo, oni evitas flugojn trans la polusaj regionoj kiam oni atendas Sunan tempeston. Aldone, la altigo de la temperaturo igas la atmosferon pligrandiĝi (varma, maldensa gaso prenas pli da spaco), kio povas kaŭzi ke satelitoj en tre malaltaj orbitoj subite troviĝas en sufiĉe densa atmosfero por kaŭzi aeran froton. Tial oni aktive ŝanĝu la orbiton de tiaj satelitoj por eviti ke ili falas surtere. Laste, en tre ekstremaj kazoj, la magneta kampo de la plasmo povas kaŭzi elektrajn kurentojn en metaloj. En 1989, tio kaŭzis ke elektronikaj cirkvitoj de la Kanada elektra sistemo rompiĝis kaj lasis homojn sen elektro dum naŭ horoj.
Plej ofte tamen, la efikoj de Sunaj tempestoj ne estas tiom severaj. Tiam oni nur spertas polusan lumon. Kiam ĝi okazas, la polusa lumo ekzistas ambaŭ sur la taga kaj nokta flanko de la planedo. Oni nur vidas ĝin tamen, se la kondiĉoj estas sufiĉe bonaj, do nokte kun klara ĉielo kaj prefere sen la lumo de la Luno. Tiam oni vidas diversajn kolorojn. La lumo kreiĝas kiam la partikloj de la plasmo eniras la atmosferon kaj ŝtelas elektronojn de la gasoj tie, aŭ aldonas ilin. Aldonaj elektronoj kaŭzas ŝtaton de alta energio kaj por kompensi, la atomo elsendas energion en la formo de lumo. La koloro de tiu lumo dependas de la energio kiun ĝi kunportas. Altenergia lumo estas pli blua aŭ purpura kaj malaltenergia lumo estas pli ruĝa. Ke malsamaj koloroj estas elsendataj estas pro tio ke la atmosfero enhavas malsamajn elementojn, specife oksigenon kaj nitrogenon. Tiuj atomoj havas malsamajn strukturojn kaj do malsamajn energiojn. Oksigeno elsendas verdan lumon, dum nitrogeno elsendas bluan lumon. Se anstataŭe pozitive ŝarĝataj protonoj trafas la atmosferon, ili ŝtelas elektronojn. Tio kaŭzas elsendon de ruĝa lumo.
La polusaj lumoj estas plej intensaj ĉe la polusoj. Nur kiam ili estas tre fortaj ili teorie videblas pli proksime al la ekvatoro (Nederlando ekzemple, averaĝe spertas polusan lumon 7 fojojn jare), sed nur se la kondiĉoj estas perfektaj. Por kompreni kial la lumoj plej fortas ĉe la polusoj, malgraŭ tio ke oni atendus ke la ekvatoro estus plej rekte trafata, oni komprenu ke la Tero estas giganta magneto. Ene de la Tero estas parte likva kerno el metalo. La fluoj en tiu kerno kaŭzas magnetan kampon, kies polusoj pli-malpli kongruas kun la rotacia akso de la Tero (la magneta norda poluso troviĝas ĉe la rotacia suda poluso, sed tio estas nur rezulto de kiel ni nomis ilin). Tio estas kial kompasoj funkcias surtere, sed ne sur ekzemple Marso. Magnetoj gvidas etajn magnetajn partiklojn laŭ siaj kamplinioj, kiuj iras de unu poluso al la alia. Tion oni povas kontroli per eta magneto kaj eroj da fero. Se oni metas la magneton sur surfacon kun tiuj eroj, ili sekvos la liniojn ĝis la polusoj, kie troviĝos plej da eroj. Se oni konsideras la Teron magneton, oni povas desegni similajn liniojn, kun plej da eroj ĉe la polusoj.
La Tero ne estas la nura planedo kun magneta kampo tamen, nek la planedo kun la plej forta kampo, do ankaŭ aliloke en la sunsistemo oni povas observi polusan lumon. La plej ekstrema kazo estas tiu de Jupitero, la plej granda planedo en la Sunsistemo. Pro la ekstremaj kondiĉoj en la kerno, hidrogeno ekhavas metalajn kvalitojn kaj kaŭzas gigantan magnetan kampon kiu multfoje pli grandas ol la plendo mem. Tio donas tre grandan surfacon por kapti Sunajn tempestojn, kio rezultas je forta polusa lumo. La polusa lumo de Jupitero eĉ videblas per la Hubble spacteleskopo. Jupitero estas en pli malsimpla situacio ol la Tero tamen. Ĝi havas kvar grandajn lunojn (kaj dekojn da etaj lunoj) el kiuj tri rimarkeble influas la magnetan kampon. Malgraŭ tio ke oni ne sentus ĝin pro ĝi maldenseco, la lunetoj havas teorie atmosferojn (ĝenerale la atmosferoj de lunoj plej ofte konsistas el eskapadanta gaso). La rezulto estas ke ankaŭ ili spertas polusajn lumojn. Cetere ekzistas magnetaj interagoj inter la lunoj kaj Jupitero, kiu kreas ”tubojn” da plasmo inter la lunoj kaj la polusoj de la planedo. Sur bildoj de la polusaj lumoj de Jupitero oni povas vidi tion kiel helaj makuloj, el kiuj la plej hela korespondas kun la luno Io, dum la malpli helaj korespondas kun Ganimedo kaj Eŭropo. Ankaŭ Saturno havas videblan polusan lumon. Oni pensas ke la luno Encelado havas similan interagon kun Saturno, kiel Jupitero kaj siaj lunoj. Cetere oni pensas ke la pli foraj planedoj Urano kaj Neptuno povus havi ilin, kvankam ili estus malpli fortaj. El la rokaj planedoj la Tero estas la ununura kun tiom spektaklaj polusaj lumoj. La aliaj planedoj ne havas la saman kombinon de relative forta magneta kampo kaj densa atmosfero. Marso, kiu perdis sian magnetan kampon kaj grandan parton de sia atmosfero, ja ankoraŭ havas iom da magnetismo en eksteraj tavoloj de la planedo, sed pro tio ke la kerno ne plu estas magneta, la malforta, blua polusa lumo okazas ĉie sur la planedo anstataŭ nur ĉe la polusoj.
Por kelkaj homoj scienca kompreno de la polusaj lumoj eble forprenas la magion, sed almenaŭ oni ne plu bezonas timi ke ĝi estas signo de malbona sorto. Aliflanke tiu kompreno povas helpi homaron prepari sin por protekti satelitojn, astronaŭtojn kaj surterajn elektronikajn cirkvitojn. Se tio ne sufiĉas por kompensi tiun perdon de magio, oni povas almenaŭ ĝoji pri tio ke moderna scienco kaj teĥnologio ebligis bildigi la polusajn lumojn de tute aliaj planedoj. Tion almenaŭ, la antikvaj popoloj ne povis imagi.