De aurora informatie is verdeeld over een aantal rubrieken, welke u ook afzonderlijk kunt kiezen:
- Aurora Borealis inleiding
- Het ontstaan van de aurora
- De vormen van de aurora
- De kleuren van de aurora
- Simulatie
Aurora Borealis
Aurora Borealis, in de volksmond beter bekend als het noorderlicht, was in de middeleeuwen een bron van bijgeloof.
Het kleurrijke spektakel, dat gepaard ging met fluisterende geluiden boezemde menig onwetende ziel doodsangst in. Het verschijnsel werd door vele heidenen toegeschreven aan de ondoorgrondelijke wegen van de goden.
Tegenwoordig weten we beter. Eens in de 11 jaar is de deeltjesuitstoot van de zon op z’n hoogst. Deze deeltjes worden krachtig weggeslingerd en weten zo aan het magneetveld van de zon te ontsnappen. Een klein percentage van deze deeltjes weet het magneetveld van de aarde binnen te dringen. Eenmaal daar aangekomen botsen ze en veroorzaken zo het noorderlicht. Hoe dit precies in zijn werk gaat zullen we proberen uit te leggen.
Het ontstaan van de aurora
Het begin van aurora heeft te maken met de zonnewind. De zonnewind bestaat uit door de zon uitgestoten deeltjes, voornamelijk elektronen en protonen. De ontsnappingssnelheid van de zon is nabij haar oppervlak ruim 600 km/s.
In een heet gas bewegen de moleculen en atomen zich met grote snelheden en chaotisch door elkaar. Niet alle deeltjes zullen even snel zijn. Maar het gemiddelde van hun snelheden hangt duidelijk samen met de temperatuur van het gas. Nu is het oppervlak van de zon circa 6000 graden, wat veel te laag is om de zonnewind te veroorzaken. Bij een rustige zon komt eigenlijk alleen de zonnecorona in aanmerking. De corona is een ijle gaswolk rond de zon met een temperatuur van twee miljoen graden. Bij die temperatuur is een paar procent van de deeltjes snel genoeg om aan de zon te ontsnappen. Is de zon onrustig, zoals tijdens een zonnevlekkenmaximum, dan is de bron een heel andere; zonnevlammen slingeren grote wolken deeltjes van de zon. Snelheden van gemiddeld 3000 km/s komen voor.
De zon heeft een sterk magnetisch veld. De zonnewind heeft door zijn grote geleidbaarheid de eigenschap om de magneet- v elden van de zon met zich mee te nemen. Die geleidbaarheid kan men vergelijken met de geleidbaarheid van de vacuüm elektronenbuis. Daar de zon om zijn eigen as draait, draaien de uitgestoten velden met de zon mee. Door de rotatie v an de zon worden de veld- lijnen kromgetrokken. De ene keer is de oriëntatie van het uitgestoten veld ‘zuid’, dan weer ‘noord’.
Dit spiraalvormige, in sectoren opgedeelde roterende magneetveld wordt het interplanetaire veld genoemd. Het is gebleken dat dit veld niet statisch is. Zonnevlammen drukken hun stempel op het geheel en bij een groot aantal zonnevlekken kan dit interplanetaire veld verzadigd raken. Verder is het interplanetaire veld alleen in sectoren opgedeeld in de schijf die met de planeten samenvalt. Het interplanetaire veld is belangrijk, omdat een aurora ‘getriggerd’ kan worden door een sectorwisseling van het veld bij de aarde. Dit kan het gevolg zijn van een zonnevlam, maar ook een gewone noord-zuid omwisseling van het interplanetaire veld.
De vormen van de aurora
Wat er vervolgens met de geladen deeltjes bij de aarde gebeurt kan worden verklaard aan de hand van wat algemene eigenschappen van deeltjes, die zich in een magnetisch veld bewegen.
Schieten we nu een geladen deeltje in een magnetisch veld, dan zal het deeltje een Lorentz-kracht ondervinden. Een geladen deeltje dat zich beweegt is een stroompje en wekt een magnetisch veld op, dat een kracht ondervindt van het al aanwezige magneetveld. Heeft het deeltje een snelheid v en loopt het een constant magneetveld van sterkte B binnen, dan is de Lorentz-kracht F zowel loodrecht op B als op v. Staat dan v ook nog loodrecht op B, dan is F een middelpuntzoekende kracht en het deeltje gaat in cirkels rondlopen.
 |
 |
Is v niet loodrecht op B, dan doorloopt het deeltje een schijfvormige baan (helix). De cirkelbeweging is dan aangevuld met een beweging evenwijdig aan B.
 |
 |
De straal waarmee deze deeltjes in cirkelbeweging langs de magneetlijnen lopen is met ‘Newtons tweede wet’ te bepalen en laat zien dat de straal proportioneel evenredig is met het deeltje zijn impuls (P).
 |
|
 |
Van de frequentie waarmee de deeltjes hun cirkelvormige baan doorlopen is te melden dat deze niet meer afhankelijk is van zijn loodrecht daarop staande bewegingssnelheid (v). Dus deze frequentie is voor elk zelfde soort deeltje hetzelfde ongeacht zijn snelheid (v).
 |
 |
De kleuren van de aurora
Aurora is allereerst een zichtbaar verschijnsel. Het staat bekend onder de naam poollicht, een qua vorm en kleur snel veranderend verschijnsel, waarin enkele grondvormen zijn te onderscheiden. In de poolstreken is het noorderlicht vrijwel iedere nacht waarneembaar, in de tropen nooit en bij ernstige magnetische stormen in onze streken ook.
De twee soorten zichtbare aurora (noorderlicht) onderscheiden zich als diffuse en discrete aurora. De diffuse aurora is een zwak gloeiende achtergrond die zich in een korte tijd niet verplaatst of verandert. Vaak bedekt deze aurora een groot gedeelte van de noordelijke horizon.
De discrete aurora is duidelijk anders van karakter, felle bogen, vlakken of kronen die zich snel en grillig bewegen. Deze kleurenpatronen die de aurora creëert worden gevormd op het moment dat de geladen deeltjes botsen met atomen in de aard atmosfeer. Hierbij geven zuurstof atomen (O) op grootte hoogte (boven 200 km) een rode gloed en dichter naar de aarde toe (100-200 km) een groene gloed. Stikstof atomen (N) geven op een hoogte van 100-200 km een blauwe gloed en nog lager in de atmosfeer geven stikstof moleculen (N2) een ultraviolette gloed.
Simulatie
De baan van een geladen deeltje dat wordt ingevangen door het aardmagnetisch veld en het noorderlicht laat verschijnen.
Bronvermelding: www.natuurkunde.ddmr.nl
