Gökyüzünü fotoğraftaki gibi bezeyen renkli ışıklar Dünya’nın kutuplarına yakın bölgelerde oluşan ve aurora (kutup ışıkları) olarak da bilinen doğa olayları. Kuzey kutbuna yakın bir yerlerden izlendiğinde kuzey ışıkları, güney kutbuna yakın bölgelerde ise güney ışıkları olarak anılıyorlar.
Bu muhteşem görüntülerin oluşmasının hikayesi Güneş’te başlıyor. Güneş dev bir kütle ve Güneş’i oluşturan madde bu dev kütlenin yerçekimiyle bir arada duruyor. Güneş’in yüzeyi yaklaşık 5800 Kelvin yani yaklaşık 5500 Celsius sıcaklıkta. Sıcaklık dediğimizde aslında maddeyi oluşturan parçacıkların ortalama hareket enerjilerinden bahsediyoruz. Yani ortam ne kadar sıcak, ortamı oluşturan parçacıklar o kadar hızlı hareket ediyor.
Her ne kadar Güneş’i oluşturan parçacıklar yüksek sıcaklıklar nedeniyle hızla hareket ediyor olsalar da, Güneş’in kütle çekimi bu parçacıkları yüzeyde tutmaya yetecek kadar güçlü. Yalnız Güneş’in en dışında bir taç tabakası (korona) var ki burada durumlar daha karmaşık. Güneş’in yüzeyinden dışarı doğru milyonlarca kilometre boyunca uzanan taç tabakasındaki sıcaklıklar milyonlarca derece olabiliyor. Nasıl oluyor da ısı kaynağı olan Güneş’ten uzaklaştıkça sıcaklık artıyor derseniz çok güzel bir soru sormuş olursunuz. Bunun cevabı hala çok net değil. Fakat sonuç olarak koronal sıcaklıklarda ortamdaki bazı yüksek hareket enerjisine sahip parçacıklar Güneş’in kütle çekimini yenebiliyor ve aynı birer roket gibi uzaya fırlıyorlar.
Uzayın dört bir yanına fırlayan bu parçacıkların oluşturduğu “rüzgara” Güneş rüzgarı deniyor. Güneş rüzgarını oluşturan parçacıkların çoğu proton ve elektronlar yani sırasıyla + ve – yüklü parçacıklar.
Aurora işte Güneş’ten gelen bu yüklü ve enerjik parçacıklar atmosferdeki oksijen ve nitrojen atomlarıyla çarpıştığında oluşuyor. Çarpışma sonunda atomlar uyarılıyor (yani çarpışma sırasında elektronlar yüksek enerji seviyelerine çıkıyor), uyarılan atomlar temel durumlarına (yani en düşük enerjili hallerine) geri dönerken belli renklerde ışıma yapıyorlar. Eğer uyarılan yeterince atom varsa biz dünyalılar bir gökyüzü şöleni izleyebiliyoruz.
Atomların uyarılarak ışımasının daha tanıdık bir örneği de neon lambaları.
İki ucuna voltaj uygulanan neon gazı dolu bir tüp düşünün. Uygulanan voltaj neon atomlarından elektron koparacak kadar yüksekse, koparılan elektronlar ve oluşan iyonlar tüpün iki ucuna doğru hızlanırlar. Tüp boyunca hareket ederken neon atomları da aynı atmosferdeki oksijen ve nitrojen gibi uyarılır. Uyarılmış Neon atomları en düşük enerjili durumlarına geri dönerken göz alıcı bir turuncuda ışıma yaparlar.
Buradaki önemli konu her atomun uyarılma enerjileri farklı ve uyarılma sonunda her atom kendine has renklerde ışık yayıyor. Kuzey ışıklarında da işte bu nedenle hep belli başlı renkler görülüyor. Işıma, atmosferi oluşturan gazların karakteristik renklerine sahip.
Kuzey ışıklarını Türkiye’den neden izleyemiyoruz, neden mutlaka Finlandiya’ya, Alaska’ya gitmek zorundayız?
Güneş rüzgarıyla Dünya’ya ulaşan elektronlardan birisini ele alalım. Normal olarak Dünya’ya ulaştığında onun çekim alanına girip yüzeye erişmesi beklenirken bu elektrona farklı bir şey oluyor. Dünya’nın manyetik alanıyla karşılaşıyor.
Dünya’nın bir manyetik alanı var ve bu manyetik alan sanki bir kalkan gibi Güneş rüzgarının doğrudan bize ulaşmasını engelliyor. Çünkü yüklü parçacıklar hareket halindeyken manyetik alanla karşılaşırlarsa yön değiştirirler.
Bu manyetik alanın yapısına bir bakalım. Dünya’nın çevresindeki manyetik alan çizgileri bir mıknatısınki gibi bir manyetik kutuptan diğerine uzanır. Manyetik alan çizgileri manyetik alanın yönünü gösterir ve çizgiler birbirine yaklaştığı bölgelerde manyetik alan daha kuvvetlidir.
Uzaydan Dünya’ya ulaşan yüklü bir parçacık bu alan çizgilerine ulaştığında hem hızına hem de manyetik alanın yönüne dik bir kuvvetin etkisiyle manyetik alan çizgilerinin etrafında dönmeye zorlanır. Sanki bu çizgilere takılmış gibi düşünebiliriz. Manyetik alan yönünde parçacık serbestçe hareket edebilir, dolayısıyla manyetik alan bu parçacıkları yakaladığında, çizgiler boyunca spiral çizerek yol almaya başlarlar. Bu şekilde Dünya’nın atmosferine kutuplara yakın bölgelerde girerler.
Bu arada söylemeden geçmeyelim, kuzey ışıklarının kaynağı olan Güneş rüzgarının şiddeti sabit değil. Güneş’in kendi döngüsüne bağlı olarak zaman içinde uzaya saçılan yüklü parçacıkların sayısı ve enerjisi de değişiyor. Güneş aktivitesi çok olan dönemler kutup ışıklarını izlemek için en elverişli zamanlar, bu dönemde daha hem daha görkemli oluyorlar hem de daha geniş bir alandan gözlenebiliyorlar.
Defne Üçer Şaylan
