Zorza polarna - jak powstaje i gdzie ją zobaczyć

Zorza polarna to świetlne zjawisko widoczne na nocnym niebie, najczęściej w pobliżu obszarów podbiegunowych. Powstaje wtedy, gdy cząstki związane z aktywnością Słońca trafiają w okolice ziemskiego pola magnetycznego, a następnie energia przekazywana elektronom prowadzi do świecenia tlenu i azotu w górnej atmosferze. Najbardziej znana jest zorza północna, czyli aurora borealis, ale na półkuli południowej występuje także zorza południowa, czyli aurora australis.

Zorza polarna - co to jest

Zorza polarna jest naturalnym zjawiskiem świetlnym w atmosferze Ziemi. Dla obserwatora wygląda jak poświata, łuk, kurtyna, smuga albo poruszająca się fala światła na niebie. Może mieć kolor zielony, czerwony, fioletowy, niebieski, różowy lub prawie biały, choć najczęściej kojarzy się z zielonymi pasmami nad horyzontem.

Nazwa "zorza polarna" bywa używana potocznie dla wszystkich zórz, ale dokładniej oznacza zjawisko widoczne w rejonach polarnych. Na północy mówi się o zorzy północnej, a na południu o zorzy południowej. Oba zjawiska mają ten sam ogólny mechanizm, ponieważ wynikają z oddziaływania cząstek ze środowiska kosmicznego z atmosferą planety.

Zorza należy do zjawisk z pogranicza astronomii, fizyki atmosfery i pogody kosmicznej. Nie jest chmurą, mgłą ani odbiciem światła od śniegu. Jest skutkiem emisji światła przez wzbudzone atomy i cząsteczki gazów w górnej atmosferze. Dlatego dobrze łączy temat wszechświata z obserwacjami prowadzonymi z powierzchni Ziemi.

Jak powstaje zorza polarna

Słońce stale wyrzuca w przestrzeń kosmiczną strumień naładowanych cząstek nazywany wiatrem słonecznym. Gdy taki strumień dociera do Ziemi, napotyka magnetosferę, czyli obszar zdominowany przez ziemskie pole magnetyczne. Pole magnetyczne działa jak osłona, dlatego większość cząstek nie uderza bezpośrednio w atmosferę na całej powierzchni planety.

Oddziaływanie wiatru słonecznego z magnetosferą może jednak gromadzić i uwalniać energię. W wyniku procesów zachodzących w magnetosferze elektrony są przyspieszane i prowadzone wzdłuż linii pola magnetycznego ku obszarom polarnym. Właśnie dlatego zorze najczęściej pojawiają się w pobliżu biegunów magnetycznych, a nie równomiernie nad całą Ziemią.

Kiedy szybkie elektrony wpadają w górne warstwy atmosfery, zderzają się z atomami tlenu oraz cząsteczkami azotu. Zderzenie przekazuje im energię. Wzbudzony atom lub cząsteczka nie pozostaje długo w takim stanie, więc oddaje nadmiar energii w postaci światła. To światło widzi się jako zorzę.

W uproszczeniu można więc powiedzieć, że zorza powstaje dzięki trzem elementom: aktywności Słońca, ziemskiemu polu magnetycznemu i gazom atmosferycznym. Sam wiatr słoneczny nie wystarcza do stworzenia obrazu znanego z fotografii. Potrzebne są jeszcze linie pola magnetycznego kierujące cząstki ku rejonom polarnym oraz tlen i azot, które mogą świecić po wzbudzeniu.

Skąd biorą się kolory zorzy

Kolory zorzy zależą od rodzaju gazu, wysokości w atmosferze oraz energii cząstek. Najczęściej widoczny kolor zielony powstaje głównie wtedy, gdy wzbudzony zostaje tlen na wysokości około 100-200 km. W wielu popularnych opisach podaje się wartość około 100 km, ponieważ jest to wygodne przybliżenie dla zielonej emisji tlenu.

Czerwone światło również może pochodzić od tlenu, ale zwykle powstaje wyżej, najczęściej powyżej około 200 km. Na większych wysokościach atmosfera jest rzadsza, więc wzbudzone atomy tlenu mogą dłużej utrzymać energię i wyemitować czerwone światło, zanim zderzenia z innymi cząstkami zakłócą ten proces.

Azot odpowiada za część barw niebieskich, fioletowych, różowych i purpurowych. Niebieskie światło wiąże się ze wzbudzonym azotem w górnej atmosferze, a różowo-fioletowe odcienie mogą pojawiać się niżej, często na dolnych krawędziach zorzy. W praktyce kolory mogą się mieszać, dlatego gołym okiem lub na zdjęciach widzi się czasem odcienie pośrednie.

Nie każda zorza wygląda tak samo intensywnie. Ludzkie oko przy słabym świetle gorzej rozpoznaje kolory, więc słaba zorza może wydawać się szarawa albo biaława. Aparat fotograficzny często pokazuje więcej barw niż obserwator widzi w tym samym momencie, ponieważ matryca może rejestrować delikatne światło przez dłuższy czas.

Aurora borealis i australis

Aurora borealis to zorza północna. Występuje na półkuli północnej i jest obserwowana między innymi w Arktyce, Skandynawii, Islandii, Kanadzie, na Alasce oraz w północnej Rosji. To właśnie ona najczęściej pojawia się w przewodnikach turystycznych i relacjach z wypraw na północ.

Aurora australis to zorza południowa. Powstaje tym samym sposobem, ale jest widoczna w pobliżu południowego bieguna magnetycznego. Można ją obserwować między innymi z Antarktydy, południowych rejonów Oceanu Indyjskiego i Spokojnego, Tasmanii, Nowej Zelandii oraz południowej części Ameryki Południowej, jeśli warunki są sprzyjające.

Różnica między nimi dotyczy miejsca obserwacji, a nie podstawowego mechanizmu. Ziemia ma dwa obszary polarne, w których linie pola magnetycznego sprzyjają napływowi przyspieszonych cząstek do atmosfery. Dlatego zjawisko występuje na obu półkulach, podobnie jak wiele innych procesów związanych z polem magnetycznym planety. W szerszym kontekście warto pamiętać, że zorze występują także na innych planetach, jeśli mają atmosferę i odpowiednie warunki magnetyczne. Takie zjawiska obserwowano na przykład przy gazowych olbrzymach, które opisuje się przy omawianiu tematu planet Układu Słonecznego.

Gdzie można zobaczyć zorzę

Największe szanse na obserwację zorzy występują w tak zwanym owalu zorzowym, czyli pasie wokół biegunów magnetycznych. Na półkuli północnej popularne miejsca to północna Norwegia, północna Finlandia, północna Szwecja, Islandia, Grenlandia, Kanada i Alaska. W Europie często wskazuje się Tromso, Lofoty, okolice Rovaniemi, Abisko oraz islandzkie obszary oddalone od silnych świateł miast.

Nie oznacza to, że zorza nigdy nie pojawia się dalej na południe. Podczas silnych burz geomagnetycznych owal zorzowy może się rozszerzać, a wtedy zorza bywa widoczna w miejscach, w których normalnie jest rzadkością. W wyjątkowych sytuacjach można ją zobaczyć także z obszarów Europy Środkowej, w tym z Polski, ale nie jest to zjawisko regularne.

Wybór miejsca obserwacji ma duże znaczenie. Potrzebne jest ciemne niebo, możliwie daleko od łuny miejskiej, z odsłoniętym północnym horyzontem na półkuli północnej. Nawet przy wysokiej aktywności geomagnetycznej chmury, mgła, jasny Księżyc i światła miasta mogą sprawić, że zorza będzie słaba albo całkowicie niewidoczna.

Kiedy najlepiej obserwować zorzę

Zorzę najlepiej obserwować podczas ciemnych nocy, gdy niebo jest bezchmurne, a aktywność geomagnetyczna jest podwyższona. W praktyce najdogodniejszy okres w rejonach północnych przypada zwykle od jesieni do wczesnej wiosny, ponieważ noce są wtedy długie. Zima daje dużo ciemności, ale nie gwarantuje pogody, dlatego ważne są także lokalne warunki atmosferyczne.

Aktywność zórz rośnie, gdy Słońce jest bardziej aktywne. Znaczenie mają rozbłyski słoneczne, koronalne wyrzuty masy i szybkie strumienie wiatru słonecznego, które mogą wywoływać burze geomagnetyczne. Do oceny szans używa się prognoz pogody kosmicznej, między innymi indeksu Kp. Im wyższy indeks, tym większa szansa, że zorza będzie widoczna dalej od obszarów polarnych.

Najlepiej planować obserwacje elastycznie. Jedna konkretna noc nie daje pewności, nawet w dobrym miejscu. Rozsądniej przeznaczyć na wyjazd kilka nocy i codziennie sprawdzać zachmurzenie, fazę Księżyca oraz prognozy aktywności geomagnetycznej. Zorza jest zjawiskiem naturalnym, więc nie można jej zamówić na konkretną godzinę, ale można znacząco zwiększyć swoje szanse przez wybór właściwego miejsca i czasu.

Najczęstsze pytania (FAQ)