Kuzey Işıkları

Kuzey ışıkları, Dünya’nın kuzey yüksek enlemlerinde gözlenen ve bilimsel terminolojide aurora borealis olarak adlandırılan atmosferik ışınım olgusudur. Aynı fiziksel süreç Güney Yarımküre’de gerçekleştiğinde aurora australis, genel olarak ise aurora terimi kullanılır. Aurora oluşumu, Güneş kaynaklı enerji ile Dünya’nın manyetik çevresi ve üst atmosferi arasındaki etkileşimin gözlenebilir sonuçlarından biridir. Işıma çoğunlukla yeşil tonlarında görülmekle birlikte kırmızı, mavi, mor, pembe ve beyaz renkler de oluşabilir. Görünüm, yatay yaylardan ışınsal yapılara, bantlardan perde biçimli oluşumlara kadar farklı biçimler gösterebilir.

“Aurora” adı şafakla ilişkilendirilen Roma tanrıçasının adından gelir. Bülent Gözcelioğlu’nun aktardığı terminolojik açıklamada adlandırmanın, 1592-1655 yılları arasında yaşayan Pierre Gassendi tarafından Eski Yunan mitolojisindeki Eos’un Roma geleneğindeki adına dayanılarak kullanıldığı aktarılır. Kutup bölgelerinde her iki yarımkürede meydana gelen bu ışınım olayının kuzeydeki biçimi aurora borealis, güneydeki biçimi ise aurora australis olarak adlandırılır. Türkçede bunlar sırasıyla “kuzey ışıkları” ve “güney ışıkları” terimleriyle karşılanır.

^{Kuzey Işıkları (Anadolu Ajansı)}

Aurora borealis, gece gökyüzünde ortaya çıkan durağan olmayan bir ışık olgusudur. Yüksek kuzey enlemlerinde yaygınlaşan bu olgu orta enlemlerde daha seyrek, Ekvator çevresinde ise olağan koşullarda çok daha az görülür. Parlaklığı ve uzamsal dağılımı olaydan olaya değişebilir; bazı auroralar dağınık ve düşük parlaklıkta görünürken bazıları çıplak gözle belirgin biçimde seçilebilecek yoğunluğa ulaşabilir. Dolayısıyla kuzey ışıkları tek bir renk, biçim veya sabit geometrik yapıdan oluşan bir atmosfer olayı değil, ortak fiziksel süreçlerin ürettiği farklı ışınım biçimlerini kapsayan bir olgudur.

^{İzlanda'da Kuzey Işıkları (Anadolu Ajansı)}

Kuzey ışıklarının oluşumu Güneş, gezegenler arası ortam, Dünya’nın manyetosferi ve üst atmosfer arasındaki enerji aktarımına dayanır. Güneş’ten dışarı doğru yayılan yüklü parçacık akımları Dünya’nın manyetik çevresiyle etkileşir. Dünya’nın manyetik alanı bu parçacıkların büyük bölümünü doğrudan atmosferden uzak tutarken sistemdeki enerji aktarımı manyetosfer içinde bulunan elektronların hızlandırılmasıyla sonuçlanabilir. Hızlandırılan elektronların manyetik alan doğrultusunda üst atmosfere yönelmesi, auroral ışınımın oluşmasına olanak verir.

Atmosfere ulaşan yüksek enerjili elektronlar burada başlıca oksijen ve azotla etkileşir. Çarpışmalar sonucunda atom ve moleküllere enerji aktarılır ve bunlar uyarılmış enerji durumlarına geçer. Uyarılmış yapıların daha düşük enerji düzeylerine dönmesi sırasında enerji fotonlar biçiminde açığa çıkar. Çok sayıda parçacığın eş zamanlı olarak atmosferle etkileşmesi, yayılan ışığın çıplak gözle algılanabilecek düzeye ulaşmasını sağlar. NASA'ya göre yaklaşık 100 km’den başlayarak 400 km’nin üzerine çıkabilir.

Auroral renk, atmosferde uyarılan gazın türü ile çarpışmaya katılan parçacığın enerjisine bağlıdır. NOAA belgesinde atomik oksijenin iki temel auroral ışınımından biri 557,7 nanometre dalga boyundaki yeşil, diğeri 630,0 nanometredeki kırmızı ışık olarak verilir. NASA belgesinde de yeşil ve kırmızı ışımaların oksijenle, mavi ışığın ise genel olarak azotla ilişkili olduğu açıklanır. Farklı ışınımların aynı gözlem alanında birleşmesi mor, pembe ve beyaza yaklaşan renk görünümlerinin oluşmasına neden olabilir.

Auroral renk dağılımı yükseklik ve enerji koşullarına göre de değişebilir. Oksijenle gerçekleşen etkileşimler yeşil, daha yüksek atmosfer tabakalarındaki oksijenle gerçekleşenler kırmızı; azotla ilişkili etkileşimler ise mavi ve mor/eflatun ışımalarla açıklanır. Auroral yapıların çoğunun yeşilimsi sarı görünmektedir. Bazı uzun ışınların üst kesimlerinin kırmızıya dönüşebilmektedir. Ancak daha seyrek koşullarda farklı renk oluşumlarının gözlenebilmektedir. Oksijen ve azot ayrıca insan gözünün algılayamadığı morötesi ışınım da üretir; bu ışınım uydu kameralarıyla gözlenebilir.

^{Alaska'da Kuzey Işıkları (Anadolu Ajansı)}

Kuzey ışıkları gökyüzünde farklı morfolojik biçimlerde ortaya çıkabilir. Uzun ve dar yaylar doğu-batı doğrultusunda ufuktan ufka uzanabilir; bantlar kıvrılabilir, katlanabilir ve perde benzeri yapılar oluşturabilir. Işınsal biçimlerde birbirine yaklaşık paralel görünen uzun ışık sütunları meydana gelir. Bazı auroralar ise gökyüzünün geniş bir bölümünü örten ince bir örtü veya dağınık ışık tabakası biçimindedir.

Kuzey aurora ovali Orta Alaska ve Kanada, Grönland ile İskandinavya ve Rusya’nın kuzey kesimleri üzerinden geçen bir kuşak oluşturur. Bu nedenle aurora borealis yüksek kuzey enlemlerindeki bu bölgelerde daha sık gözlenir. Kuzey Alaska kıyıları gibi manyetik kutba göre aurora ovalinin kuzeyinde kalan bölgelerde bir gözlemcinin aurorayı çoğu zaman daha güney yönünde görmesi mümkündür.

Gözlem sıklığı aurora ovalinden uzaklaştıkça azalır. Reykjavik ve Murmansk için yılda 280, Alaska’daki Barrow için 300 auroral gözlem günü değeri verilirken Anchorage için bu değer 90’dır; daha güneydeki Toronto için 10, Londra için 3 ve Roma için 1 değerleri yer alır. Bu tablo belirli bir döneme ait öğretim materyali olarak hazırlanmış olmakla birlikte auroral gözlemlerin yüksek enlemlerde yoğunlaşan genel dağılımını örneklemektedir. Kuvvetli jeomanyetik koşullar sırasında olağan aurora kuşağının çok daha güneyindeki bölgelerde de aurora görülebilir.

Auroral etkinlik aurora ovali içinde hem gündüz hem gece meydana gelebilir; ancak gündüz gökyüzünün parlaklığı, auroral ışınımın yerden çıplak gözle görülmesini engeller. Auroranın güneş ışığından yaklaşık bir milyon kat daha sönük olduğu ve gözlem açısından en uygun dönemlerin genellikle gece yarısından önceki birkaç saat olduğu verilir. Kuzey Yarımküre’de kış ayları, karanlık süresinin uzunluğu nedeniyle aurora gözlemleri açısından daha elverişlidir. Özellikle aralık-mart arasındaki geceler gözlem dönemi olarak ele alınır.

^{Alaska'da Kuzey Işıkları (Anadolu Ajansı)}

Atmosfer ve çevresel aydınlatma koşulları görünürlüğü doğrudan etkiler. Bulutlar aurora oluşsa bile ışığın yerden gözlenmesini engelleyebilir; şehirlerin oluşturduğu ışık kirliliği ise düşük parlaklıktaki auroral yapıların seçilmesini güçleştirir. Bu nedenle karanlık ve açık gökyüzüne sahip alanlar gözlem açısından daha uygundur. Güçlü auroraların bazı durumlarda kentlerden veya ince bulut örtüsünün arkasından da görülebildiği açıklanır. Açık kış gecelerinde atmosferde daha düşük pus ve su buharı bulunması da gökyüzü gözlemini kolaylaştırabilir.

Dünya’nın manyetosferinde meydana gelen geniş ölçekli bozulmalar jeomanyetik fırtına olarak adlandırılır. Bu dönemlerde manyetik alanın normal koşullara göre gösterdiği değişimler artar ve auroral ovalin büyüklüğü ile konumu değişebilir. Jeomanyetik fırtınalar birkaç saatten birkaç güne kadar sürebilir. Manyetosferde biriken enerjinin daha kısa zaman ölçeklerinde serbest kalması ise auroranın parlaklığı ve hareketinde hızlı değişimlerle ilişkilendirilen auroral alt fırtınaları oluşturabilir.

Auroral alt fırtınalar bir gün içinde birkaç kez meydana gelebilir. Tek bir alt fırtına birkaç yüz terajoule düzeyinde enerji aktarımı içerebilir. Bu olaylar sırasında auroral yapıların parlaklığı, konumu ve hareketi kısa zaman aralıklarında belirgin biçimde değişebilir. Dolayısıyla kuzey ışıklarının zamansal değişkenliği yalnızca atmosferdeki yerel koşullarla değil, manyetosferde gerçekleşen enerji depolanması ve serbest bırakılması süreçleriyle de ilişkilidir.

Aurorayı doğa olayı olarak açıklama girişimlerinin geçmişi Antik Çağ’a uzanır. MÖ 4. yüzyılda Aristoteles aurora borealise ilişkin erken dönem doğa betimlemelerinden birini yaptı. 16. yüzyılın sonlarında William Gilbert’in Dünya’yı büyük bir mıknatıs olarak ele alan deneyleri, aurora araştırmalarında manyetizmanın önem kazanmasının temel aşamalarından birini oluşturdu. 17. ve 18. yüzyıllarda Anders Celsius, René Descartes ve Benjamin Franklin gibi araştırmacılar auroranın oluşumuna ilişkin daha sonra geçerliliğini yitiren açıklamalar geliştirdiler. 1739’da George Graham ile Celsius’un pusula iğnesindeki düzensiz hareketler ile auroral etkinlik arasında zamansal ilişki gözlemlemesi, olgunun Dünya’nın manyetik alanıyla ilişkilendirilmesine katkı sağladı.

^{Alaska'da Kuzey Işıkları (Anadolu Ajansı)}

1859’da Richard Carrington ile Richard Hodgson’ın bir Güneş parlamasını gözlemlemelerinin ardından Dünya’nın manyetik alanında büyük değişimler ve geniş alanlarda auroralar kaydedildi. 19. yüzyıl sonu ile 20. yüzyıl başındaki spektroskopik çalışmalar oksijen ve azotu auroral renklerin kaynaklarıyla ilişkilendirdi. Kristian Birkeland’ın manyetik küre ve elektron demetiyle yaptığı deneyler, yüklü parçacıkların manyetik alan tarafından kutup bölgelerine yönlendirilmesini modelledi. 1930’larda Sydney Chapman ve Vincent Ferraro Güneş kaynaklı yüklü parçacık bulutları ile Dünya’nın manyetik çevresi arasındaki etkileşimi ele aldı.

Auroraların fiziksel mekanizması bilimsel olarak açıklanmadan önce farklı toplumlar ışıkları kendi kozmolojik ve kültürel çerçeveleri içinde yorumladı. Çin ve Avrupa’daki bazı anlatılarda auroral yapılar göksel ejderha veya yılanlarla ilişkilendirildi. İskandinavya, İzlanda ve Grönland çevresindeki bazı geleneklerde ışıklar tanrıların göklerle yeryüzü arasında kullandığı Bifröst ile bağlantılandırıldı. Kuzey Amerika’daki bazı yerli anlatılarında ruhların taşıdığı ışıklarla, bazı Inuit anlatılarında ise ölülerin ruhlarıyla ilişkilendirilen anlatılar yer almaktadır.

Manyetosfer kuyruğunda yüksek enerjilere hızlandırılan elektronlar, Dünya çevresinde çalışan uyduların elektronik sistemlerini etkileyebilir. Jeomanyetik bozulmalar aynı zamanda uydu ile yer istasyonları arasındaki haberleşme sistemlerinin performansını değiştirebilir. Bu etkiler, auroranın kendisinden çok aurora ile aynı uzay hava süreçlerinin oluşturduğu manyetosfer ve iyonosfer koşullarının teknik sonuçlarıdır. Navigasyon sistemleri de güçlü Güneş ve jeomanyetik etkinlik dönemlerinde etkilenebilir.

Yoğun auroral etkinlikle bağlantılı jeomanyetik değişimler, yeryüzündeki uzun iletken sistemlerde istenmeyen elektrik akımlarının oluşmasına neden olabilir. Auroral elektronlarla ilişkili büyük ölçekli elektrik akımları ve hızla değişen manyetik koşullar, elektrik iletim hatlarında ve boru hatlarında indüklenmiş akımlar oluşturabilir. Elektrik şebekelerinde bu akımlar özellikle toprağa bağlı transformatörler üzerinden sisteme girebilir ve enerji iletiminde bozulmalara, gerilim düşmelerine veya donanım sorunlarına yol açabilir.

Auroralar bazı topluluklarda hava koşullarıyla da ilişkilendirildi. İskandinavya’daki bazı tarihsel inanışlarda parlak auroraların ardından kar ve şiddetli soğukların geleceği düşünülürken, kuzey bölgelerindeki başka anlatılarda aynı olgu uygun hava koşullarının işareti olarak yorumlandı.

Auroranın konumu, biçimi, parlaklığı ve rengi sabit değildir; bu özellikler atmosferik bileşim, parçacık enerjisi, Dünya’nın manyetik alanı ve jeomanyetik etkinlik gibi değişkenlerle bağlantılıdır. Auroral olayların incelenmesi tarihsel gözlemlerden manyetometrelere ve uydu ölçümlerine uzanan yöntemlerle gelişmiştir. Aynı fiziksel sistem, yoğun etkinlik dönemlerinde elektrik şebekeleri, radyo haberleşmesi, uydu sistemleri ve navigasyon altyapısında ölçülebilir etkiler oluşturabilir. Bu nedenle kuzey ışıkları hem üst atmosferde gözlenen bir ışınım olgusu hem de Güneş, manyetosfer ve atmosfer arasındaki fiziksel etkileşimlerin incelendiği bir uzay hava olayıdır.