Aurora’nın farklı renklerine ne sebep olur? Bir uzman elektrikli gökkuşağını açıklıyor

Geçen hafta, devasa bir güneş patlaması, Güneş’ten gelen enerjik parçacıklardan oluşan bir dalgayı uzaya fırlattı. Hafta sonu dalga karaya ulaştı ve dünyanın dört bir yanındaki insanlar her iki yarıkürede de alışılmadık derecede parlak kutup ışıklarını görmekten keyif aldılar.

Aurora borealis genellikle yalnızca kutupların yakınında görülse de bu hafta sonu görüldü. Güneyden Hawaii’ye Kuzey Yarımküre’de ve Mackay kadar kuzeyde güneyde.

Auroral aktivitedeki bu muhteşem artış sona ermiş gibi görünüyor, ancak kaçırdıysanız endişelenmeyin. Güneş doruğa yaklaşıyor Güneş lekesi döngüsü 11 yıl sürüyorYoğun alacakaranlık dönemlerinin önümüzdeki yıl içinde geri dönmesi muhtemeldir.

Aurora borealis’i veya resimlerden herhangi birini gördüyseniz, muhtemelen tam olarak ne olduğunu merak ediyorsunuzdur. Parıltıyı ve farklı renkleri yaratan nedir? Cevap tamamen atomlarla, nasıl heyecanlandıkları ve nasıl rahatladıklarıyla ilgilidir.

Elektronlar atmosferle buluştuğunda

Auroralara, yüklü atom altı parçacıkların (çoğunlukla elektronlar) Dünya atmosferiyle çarpışması neden olur. Bu elementler her zaman güneş tarafından yayılır, ancak güneş aktivitesinin daha yüksek olduğu zamanlarda bunlardan daha fazlası vardır.

Atmosferimizin büyük bir kısmı, Dünya’nın manyetik alanı tarafından yüklü parçacıkların akışından korunmaktadır. Ancak kutupların yakınına gizlice girip ortalığı kasıp kavurabilirler.

Dünya’nın atmosferi yaklaşık %20 oksijen ve %80 nitrojenden oluşur; ayrıca eser miktarda su, karbondioksit (%0,04) ve argon gibi başka şeyler de bulunur.

Yüksek hızlı elektronlar üst atmosferdeki oksijen molekülleriyle çarpıştığında oksijen moleküllerini (O₂) tek tek atomlara bölerler. Güneşten gelen ultraviyole ışınlar da bunu yapar ve oluşan oksijen atomları O₂ molekülleriyle reaksiyona girerek bizi zararlı UV ışınlarından koruyan molekül olan ozon (O₃) üretebilir.

Ancak aurora durumunda üretilen oksijen atomları uyarılmış durumdadır. Bu, atomların elektronlarının kararsız bir şekilde düzenlendiği ve ışık biçiminde enerji açığa çıkararak “rahatlayabildiği” anlamına gelir.

Yeşil ışık ne işe yarar?

Havai fişeklerde görebileceğiniz gibi, farklı elementlerin atomları enerjilendirildiklerinde farklı renklerde ışık üretirler.

Bakır atomları mavi ışık yayar, baryum atomları yeşil ışık yayar ve sodyum atomları eski sokak lambalarında da görebileceğiniz sarı-turuncu bir renk üretir. Bu emisyonlar kuantum mekaniği kurallarına göre “izin verilebilir”, yani çok hızlı gerçekleşiyorlar.

Bir sodyum atomu uyarılmış durumdayken, sarı-turuncu bir foton yaymadan önce saniyenin yalnızca 17 milyarda biri kadar orada kalır.

Bununla birlikte, aurorada, birçok oksijen atomu, ışık yayarak gevşemelerine “izin verilen” yolların olmadığı, uyarılmış hallerde yaratılır. Ancak doğa bir yolunu bulur.

Auroraya hakim olan yeşil ışık, oksijen atomlarının “¹S” durumundan “¹D” durumuna geçmesiyle yayılır. Bu nispeten yavaş bir süreçtir ve ortalama olarak tam bir saniye kadar sürer.

Aslında bu geçiş o kadar yavaştır ki normalde yer seviyesinde gördüğümüz hava basıncında gerçekleşmeyecektir. Çünkü uyarılan atom, güzel bir yeşil foton gönderme şansı bulamadan başka bir atomla çarpışarak enerji kaybeder. Ancak atmosferin daha az hava basıncının ve dolayısıyla daha az oksijen molekülünün olduğu üst katmanlarında, birbirleriyle çarpışmadan önce daha fazla zamanları olur ve böylece bir foton salma şansları olur.

Bu nedenle bilim adamlarının auroradaki yeşil ışığın oksijen atomlarından geldiğini anlamaları uzun zaman aldı. Sodyumun sarı-turuncu parıltısı 1860’larda biliniyordu, ancak 1920’lere kadar fark edilmedi. Kanadalı bilim adamları Alacakaranlıktaki yeşil rengin oksijenden kaynaklandığını keşfettim.

Açık kırmızıyı yapan şey nedir?

Yeşil ışık, oksijen atomundaki bir elektronun bir yörünge düzeninden diğerine beklenmedik bir sıçrama yapmasıyla ortaya çıkan “yasak” geçiş olarak adlandırılan geçişten geliyor. (Yasaklı geçişlerin olasılığı, izin verilen geçişlere göre çok daha düşüktür; bu da, bunların gerçekleşmesinin daha uzun sürdüğü anlamına gelir.)

Ancak, o yeşil fotonu yayınladıktan sonra bile oksijen atomu, herhangi bir gevşemeye izin verilmeden, kendisini başka bir uyarılmış durumda bulur. Tek kaçış, ¹D durumundan kırmızı ışık yayan ³P durumuna geçişin engellenmesidir.

Bu dönüşüm tabiri caizse daha da engelleniyor ve ¹D durumunun sonunda kuralları çiğneyip kırmızı ışığı yakabilmesi için yaklaşık iki dakika hayatta kalması gerekiyor. Çok uzun sürdüğü için kırmızı ışık yalnızca atomlarla ve diğer moleküllerle çarpışmaların nadir olduğu yüksek irtifalarda ortaya çıkıyor.

Ayrıca orada az miktarda oksijen bulunduğundan kırmızı ışık, az önce gördüğümüz gibi yalnızca yoğun kutup ışıklarında ortaya çıkma eğilimindedir.

Bu nedenle kırmızı ışık yeşilin üzerinde görünür. Her ikisi de oksijen atomlarının yasaklanmış gevşemesinden kaynaklanırken, kırmızı ışık çok daha yavaş yayılır ve daha düşük irtifalarda diğer atomlarla çarpışması sonucu sönme şansı daha yüksektir.

Diğer renkler ve kameralar neden onları daha iyi görüyor?

Aurora borealis’te görülen en yaygın renk yeşil, ikinci en sık görülen kırmızı ise başka renkler de vardır. Özellikle iyonize nitrojen molekülleri (bir elektronu eksik olan ve pozitif elektrik yüküne sahip olan N₂⁺) mavi ve kırmızı ışık yayabilir. Bu, daha düşük rakımlarda mor bir renk üretebilir.

Aurora yeterince parlaksa bu renklerin tümü çıplak gözle görülebilir. Ancak vizörde daha güçlü görünüyorlar.

Bunun iki nedeni var. Birincisi, kameralar uzun pozlama avantajına sahiptir; bu, bir görüntü oluşturmak için ışık toplamak için gözlerimizden daha fazla zaman harcayabilecekleri anlamına gelir. Sonuç olarak loş koşullarda fotoğraf çekebiliyorlar.

İkinci sebep ise gözlerimizdeki renk sensörlerinin karanlıkta iyi çalışmaması, dolayısıyla az ışıklı ortamlarda siyah beyaz görme eğiliminde olmamızdır. Kameralarda bu sınırlama yoktur.

Yine de endişelenmenize gerek yok. Aurora yeterince parlak olduğunda renkler çıplak gözle açıkça görülebilir.

Devamını oku: Aurora borealis nedir ve neden farklı şekil ve renklerde gelirler? İki uzman açıklıyor