Auroranın farklı renklerine ne sebep olur? Bir uzman elektrikli gökkuşağını açıklıyor

Geçen hafta, büyük bir güneş patlaması, güneşten gelen enerjik parçacıklardan oluşan bir dalgayı uzaya doğru fırlattı. Hafta sonu boyunca dalga Dünya’ya ulaştı ve dünyanın dört bir yanındaki insanlar her iki yarıkürede de alışılmadık derecede canlı kutup ışıklarının keyfini çıkardılar.

Aurora normalde yalnızca kutupların yakınında görülse de bu hafta sonu görüldü Hawaii kadar güneyde Kuzey yarımkürede ve Mackay kadar kuzeyde güneyde.

Auroral aktivitedeki bu muhteşem artış sona ermiş gibi görünüyor, ancak kaçırdıysanız endişelenmeyin. Güneş zirvesine yaklaşıyor 11 yıllık güneş lekesi döngüsüve yoğun aurora dönemlerinin önümüzdeki yıl kadar geri gelmesi muhtemel.

Aurora’yı veya fotoğraflardan herhangi birini gördüyseniz, tam olarak neler olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Parıltıyı ve farklı renkleri oluşturan şey nedir? Cevap tamamen atomlarla, nasıl heyecanlandıkları ve nasıl rahatladıklarıyla ilgilidir.

Elektronlar atmosferle buluştuğunda

Auroralara, yüklü atom altı parçacıkların (çoğunlukla elektronlar) Dünya atmosferine çarpması neden oluyor. Bunlar her zaman güneşten yayılır, ancak güneş aktivitesinin daha fazla olduğu zamanlarda 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 moleküllerine çarptığında oksijen moleküllerini (O₂) tek tek atomlara bölerler. Güneşten gelen ultraviyole ışık da bunu yapar ve üretilen oksijen atomları, bizi zararlı UV radyasyonundan koruyan molekül olan ozon (O₃) üretmek için O₂ molekülleriyle reaksiyona girebilir.

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

Yeşil ışığın nedeni nedir?

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

Bakır atomları mavi ışık verir, baryum yeşildir ve sodyum atomları eski sokak lambalarında da görebileceğiniz sarı-turuncu bir renk üretir. Bu emisyonlara kuantum mekaniği kurallarınca “izin veriliyor”, yani çok hızlı bir şekilde gerçekleşiyorlar.

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

Ancak aurorada, oksijen atomlarının birçoğu, ışık yayarak gevşemelerine “izin verilen” yolların bulunmadığı uyarılmış hallerde yaratılmıştır. 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 neredeyse bir saniye sürer.

Aslında bu geçiş o kadar yavaştır ki genellikle yer seviyesinde gördüğümüz türde hava basıncında gerçekleşmez çünkü uyarılan atom, güzel bir yeşil ışık gönderme şansı bulamadan başka bir atoma çarparak enerji kaybetmiş olacaktır. foton. Ancak atmosferin daha düşük hava basıncının ve dolayısıyla daha az oksijen molekülünün olduğu üst kısımlarında, birbirlerine çarpmadan önce daha fazla zamanları vardır ve bu nedenle bir foton salma şansları vardır.

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 bilinmiyordu. Kanadalı bilim adamları Auroral yeşilin oksijenden kaynaklandığını keşfetti.

Kırmızı ışığın nedeni nedir?

Yeşil ışık, oksijen atomundaki bir elektronun bir yörünge düzeninden diğerine beklenmeyen bir sıçrama yapmasıyla meydana gelen, “yasak” geçiş olarak adlandırılan bir geçişten geliyor. (Yasaklı geçişlerin olasılığı, izin verilenlere göre çok daha azdır, bu da onların gerçekleşmesinin daha uzun sürdüğü anlamına gelir.)

Bununla birlikte, yeşil fotonu yaydıktan sonra bile, oksijen atomu kendisini gevşemeye izin verilmeyen başka bir uyarılmış durumda bulur. Tek kaçış, ¹D’den kırmızı ışık yayan ³P durumuna başka bir yasak geçiş yoluyla olur.

Bu geçiş tabiri caizse daha da yasaktır ve ¹D durumunun sonunda kuralları çiğneyip kırmızı ışık yayabilmesi için yaklaşık iki dakika kadar hayatta kalması gerekir. Çok uzun sürdüğü için kırmızı ışık yalnızca diğer atom ve moleküllerle çarpışmanın az olduğu yüksek irtifalarda ortaya çıkıyor.

Ayrıca, yukarıda çok az miktarda oksijen bulunduğundan, kırmızı ışık yalnızca yoğun kutup ışıklarında (az önce gördüklerimiz gibi) görünme eğilimindedir.

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

Diğer renkler ve kameraların onları neden daha iyi gördüğü

Aurora’da görülen en yaygın renk yeşil, en sık görülen ikinci renk ise kırmızı olsa da 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, alçak irtifalarda macenta rengi üretebilir.

Aurora yeterince parlaksa tüm bu renkler çıplak gözle görülebilir. Ancak kamera merceğinde daha yoğun bir şekilde ortaya çıkıyorlar.

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

İkincisi, gözlerimizdeki renk sensörleri karanlıkta pek iyi çalışmaz; bu nedenle düşük ışık koşullarında siyah beyaz görmeye eğilimliyiz. Kameralarda bu sınırlama yoktur.

Yine de endişelenmeyin. Aurora yeterince parlak olduğunda renkler çıplak gözle açıkça görülebilir.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.