T

ak mniej wiêcej brzmi¹ komuni-
katy wymieniane miêdzy mi³oœ-
nikami obserwacji zjawisk na

niebie. Zwykli œmiertelnicy siedz¹
spokojnie w ciep³ych domkach
i nie wiedz¹, ¿e nad ich g³owami
na wysokoœci zaledwie 100 kilo-
metrów szalej¹ wojny. Protony
i neutrony atakuj¹ cz¹steczki ga-
zów, elektrony zmieniaj¹ orbity, jo-
ny rozpadaj¹ siê i ³¹cz¹. Co 11 lat
narasta konflikt. Widomym efek-
tem tych staræ jest zorza polarna.
Mechanizm jej powstawania
i g³ówni aktorzy bior¹cy udzia³
w przedstawieniu, wed³ug stanu
nauki na luty 2005 roku, przedsta-
wiaj¹ siê mniej wiêcej tak:

Z I E M I A

Wokó³ wewnêtrznego j¹dra

ziemskiego kr¹¿y p³ynne, zjonizo-
wane j¹dro zewnêtrzne. W trakcie
ruchu obrotowego Ziemi, tam w³aœ-
nie nastêpuje wzbudzenie pola
elektromagnetycznego (

). Ziem-

skie pole magnetyczne wytwarza
wokó³ naszego globu magnetosfe-
rê, czyli obszar, gdzie cz¹stki na³a-

dowane elektrycznie pozostaj¹ pod
wp³ywem pola magnetycznego Zie-
mi. Magnetosfera obejmuje ca³¹ at-
mosferê Ziemi i rozci¹ga siê w kos-
mosie. Jej linie si³ biegn¹ niemal
dok³adnie od bieguna geograficz-

nego pó³nocnego do bieguna geog-
raficznego po³udniowego.

Bieguny magnetyczne i geog-

raficzne Ziemi nie pokrywaj¹ siê, od-
chylone s¹ od siebie wzajemnie o ok.
11°. Granica magnetosfery od strony
S³oñca przebiega zaledwie 64 tys. km
od Ziemi. Od strony zewnêtrznej roz-
ci¹ga siê w d³ugi, przypominaj¹cy
ogon komety pas, znacz¹cy kierunek
ruchu Ziemi w kosmosie ( ). Mag-
netosfera przyczynia siê do powsta-
wania radiacyjnych pasów wokó³
Ziemi, tzw. pasów Van Allena. S¹ to
dwa koncentryczne pierœcienie, zbu-
dowane z protonów, elektronów i jo-
nów, opasuj¹ce Ziemiê w odleg³oœci:
3,5 do 4 tys. km pierwszy oraz 12 do
25 tys. km drugi.

S £ O Ñ C E

S³oñce jest roz¿arzon¹ kul¹

gazów, g³ównie wodoru. Nie posia-
da sta³ej powierzchni, a widoczna
przez nas zewnêtrzna warstwa

2

1

TEKST

Ś

REDNIO TRUDNY

!!

!

k o s m o s

AURORA BOREALIS

W i s ł a w a K a r o l e w s k a

„W najbliższych dniach nastąpi silny wybuch związany z wiel-

kim aktywnym ośrodkiem plam 10375. Siła tego wybuchu bę-

dzie tak duża, że zakłóci nawet łączność radiową na falach

krótkich. Po wybuchu, w ciągu najbliższych godzin spodzie-

wamy się dotarcia do Ziemi fali uderzeniowej. Jeśli dotrze ona

w naszych godzinach nocnych, znów będziemy mogli obser-

wować... zorzę polarną”.

M

Ł

ODY

TECHNIK

4/2005

4

42

2

2

1

S³oñca to tzw. fotosfera, rozgrzana
do ok. 6000°C. Jej powierzchnia sta-
le siê burzy podczas powstawania
i zanikania tzw. granul (ziaren)
o œrednicach ok. 1000 kilometrów.
Najwiêkszymi obiektami dostrzega-
nymi na S³oñcu s¹ ciemne plamy
o nieregularnych kszta³tach. Ka¿da
wiêksza plama sk³ada siê z ciemne-
go centralnego j¹dra zwanego ina-
czej cieniem plamy i pó³cienia ota-
czaj¹cego to j¹dro. Rozmiary plam
s¹ ró¿ne: od bardzo drobnych, oczy-
wiœcie w skali s³onecznej, nieznacz-
nie wiêkszych od granul, do olbrzy-
mich ciemnych obszarów pokrywa-
j¹cych wiele miliardów kilometrów
kwadratowych. Zazwyczaj wystê-
puj¹ w grupach. Plamy lub ich gru-
py o œrednicy wiêkszej ni¿ 40 000
km s¹ ³atwo dostrzegane go³ym
okiem. Ich ciemny wygl¹d spowo-
dowany jest ni¿sz¹ (4500°C) ni¿ fo-
tosfery temperatur¹. Wysy³aj¹
mniej promieniowania i dlatego wy-
daj¹ siê ciemniejsze. Plamy i ich
iloœæ, w zale¿noœci od poziomu ak-
tywnoœci S³oñca stale siê zmieniaj¹.
Bywaj¹ okresy, gdy nie widaæ ani
jednej, kiedy indziej pojawia siê kil-
ka lub kilkanaœcie grup, licz¹cych
po kilkanaœcie, a nawet kilkadzie-
si¹t plam. Aktywnoœæ S³oñca zmie-
nia siê cyklicznie – œrednio co 11
lat, przy czym poszczególne cykle
trwaj¹ 9 – 12,5 roku. Plamy s¹ tylko
jednym z przejawów aktywnoœci
S³oñca. W obszarach aktywnych,
zawieraj¹cych rozwijaj¹ce siê gru-
py plam, pojawiaj¹ siê niekiedy
krótkotrwa³e, gwa³towne pojaœnia-
nia – rozb³yski. W ci¹gu niewielu
minut na ma³ym obszarze zostaje
uwolniona energia rzêdu 10 milio-
nów miliardów miliardów d¿uli
(10

25

J).

W I A T R S £ O N E C Z N Y

S³oñce oprócz promieniowa-

nia elektromagnetycznego w posta-
ci œwiat³a wysy³a w przestrzeñ kos-
miczn¹ tak¿e strumieñ cz¹stek na-
³adowanych elektrycznie - proto-
nów i elektronów. Przemieszczaj¹
siê z prêdkoœci¹ 300 do 700 km/s.
To w³aœnie one nazywane s¹ wiat-
rem s³onecznym. Zwi¹zane z nimi
jest pole magnetyczne, które, pod-
ró¿uj¹c, napotyka ziemskie pole
magnetyczne.

Potê¿ne wybuchy promienio-

wania powoduj¹ dotarcie do Ziemi
strumienia plazmy w postaci elek-
tronów i protonów, doprowadzaj¹c
do zaburzeñ ziemskiej magnetosfe-
ry. Najbardziej widowiskowym
efektem tego wydarzenia jest zorza

polarna. Inne efekty, mniej przyjem-
ne, to na przyk³ad zak³ócenia ³¹cz-
noœci radiowej, uszkodzenia sate-
litów lub sieci energetycznych.

Na du¿ych wysokoœciach

nad Ziemi¹ wiatr s³oneczny mocno
zniekszta³ca jej pole magnetyczne,
a ono z kolei odchyla du¿¹ czêœæ
cz¹stek wiatru s³onecznego, a wiêc
chroni nas przed wiatrem s³onecz-
nym. Nag³e nasilenie wiatru s³o-
necznego mo¿e zak³óciæ ziemskie
pole magnetyczne i wywo³aæ burze
magnetyczne. Ziemskie pole mag-
netyczne jest wówczas jeszcze bar-
dziej œciskane od strony S³oñca,
a mijaj¹ce Ziemiê cz¹stki wiatru
s³onecznego zaburzaj¹ pole i wy-
wo³uj¹ jego gwa³towne zmiany. Bu-
rze magnetyczne mog¹ zak³óciæ po-
³¹czenia telefoniczne i pracê stacji

M

Ł

ODY

TECHNIK

4/2005

4

43

3

3

4

radarowych, mog¹ byæ przyczyn¹
awarii du¿ych transformatorów
energetycznych i b³êdnych wska-
zañ przyrz¹dów kontrolnych. Wiêk-
szoœæ wiatru s³onecznego omija
Ziemiê, jednak pewna iloœæ wnika
w g³¹b magnetosfery i gromadzi siê
w dwóch pasach Van Allena lub
w tak zwanym ogonie pola magne-
tycznego nad odwrócon¹ od S³oñca
pó³kul¹ ziemi. Cz¹stki wiatru s³o-
necznego uwiêzione w pasach Van
Allena oscyluj¹ po spirali wokó³
ziemskich linii pola magnetycznego
od jednego bieguna do drugiego.

J A K P O W S T A J E Z O R Z A –
O S T A T N I A W E R S J A

Zorza pojawia siê nad noc-

nym i dziennym biegunem ziem-
skim. Mo¿emy j¹ obserwowaæ jedy-
nie w nocy, gdy¿ jej jasnoœæ jest
mniejsza ni¿ jasnoœæ promieniowa-
nia s³onecznego. Poni¿ej przedsta-
wiamy ostatni¹ og³oszon¹ przez na-
ukowców wersjê powstawania zo-
rzy. Z pewnoœci¹ pojawi¹ siê nied³u-
go nowe, gdy¿ badania trwaj¹ ca³y
czas. Wspó³czeœnie obserwacje zórz
prowadzone s¹ nie tylko z ziemi, ale
i przez satelity. Obserwuje siê te¿
zorze na innych planetach Uk³adu
S³onecznego. Wiatr s³oneczny za-
trzymywany jest w rozci¹gliwym
magnetycznym ogonie ci¹gn¹cym
siê na setki tysiêcy kilometrów
w nocnym cieniu Ziemi. Jak twier-
dz¹ amerykañscy naukowcy, kiedy
pole magnetyczne wiatru s³onecz-
nego zaczyna œlizgaæ siê po liniach
pola ziemskiego, rozci¹ga je dalej
w przestrzeñ kosmiczn¹ po nocnej
stronie Ziemi ( ). Co jakiœ czas
ogon ten staje siê tak rozci¹gniêty,
¿e nastêpuje zmiana konfiguracji li-
nii si³ pola magnetycznego, w wy-
niku której dochodzi do wyrzutów
plazmy, wypychaj¹cych w kierunku
Ziemi ca³y przechowywany ³adunek
protonów i elektronów ( ). Zjawis-
ko to, zwane rekonekcj¹ (reconnec-
tion), trwa od 10 minut do kilku go-
dzin. Proces ponownego ³¹czenia
siê linii pola ziemskiego wytwarza
fale wzd³u¿ pola magnetycznego.
Od ogona magnetycznego Ziemi do
biegunów p³yn¹ fale elektromagne-
tyczne (fale Alfvena) przemieszcza-
j¹ce siê wzd³u¿ linii si³ ziemskiego
pola magnetycznego, poruszaj¹ce
siê z prêdkoœci¹ ok. 11 000 km/h.
Fale Alfvena mog¹ przekazywaæ
swoj¹ energiê elektronom, nadaj¹c
im przyspieszenie skierowane
wzd³u¿ linii pola magnetycznego

4

3

LEKSYKON

Jonosfera

- warstwa atmosfery występująca powyżej 50-60 km nad powierzchnią Ziemi

(do wys. 1000 km).
Zawiera duże ilości jonów i swobodnych elektronów, powstających na skutek jonizacji
cząsteczek gazu atmosferycznego pod wpływem promieniowania kosmicznego oraz nad-
fioletowego promieniowania słonecznego. Wraz z wysokością zmieniają się czynniki joni-
zacyjne oraz skład chemiczny i gęstość gazu atmosferycznego, dlatego też w jonosferze
wyróżnić można kilka warstw różniących się zawartością elektronów w jednostce objętoś-
ci. W jonosferze następuje załamywanie, odbijanie, pochłanianie i polaryzacja fal radio-
wych; zaburzenia w jonosferze wywołują zakłócenia w łączności radiowej.

Jonizacja

- powstanie jonu z obojętnego atomu lub cząsteczki.

Może się ona odbywać na kilka sposobów:
– poprzez elektryczne oddziaływanie na obojętne cząsteczki, np. bombardowanie

ich strumieniem elektronów - w ten sposób generuje się wolne aniony.

– poprzez wybicie elektronu z powłok atomowych w wyniku absorpcji kwantu

energii lub zderzenia z innym atomem, cząstką lub cząsteczką - w ten sposób
generuje się wolne kationy.

– poprzez rozpad wiązań chemicznych, w wyniku czego jedna część cząsteczki

dostaje oba elektrony wcześniej uczestniczące w wiązaniu, taki rozpad nazywa
się dysocjacją elektrolityczną - w ten sposób powstają luźne pary jonowe.

– poprzez reakcję chemiczną, w której jedna cząsteczka (donor) dostarcza elektrony

drugiej (akceptor), jednak nie ulegają przy tym rozbiciu żadne wiązania - nazywa
się to jonizacją chemiczną - w ten sposób również powstają luźne pary jonowe.

Dysocjacja elektrolityczna

to proces rozpadu cząsteczek związków chemicznych na jony

np. NaCl –––> Na

+

+ Cl

–

. Może przebiegać w fazie gazowej pod wpływem wyładowań elek-

trycznych, lub bezpośredniego bombardowania gazu elektronami.

5

M

Ł

ODY

TECHNIK

4/2005

4

44

4

k o s m o s

w kierunku biegunów pó³nocnego
i po³udniowego. Cz¹stki wiatru s³o-
necznego, które dziêki rekonekcji
przedostaj¹ siê do atmosfery, zde-
rzaj¹ siê z atomami powietrza
i wzbudzaj¹ je ( ). Wzbudzone
atomy oddaj¹ energiê, emituj¹c
œwiat³o. Zjonizowany gaz zaczyna
œwieciæ tak samo jak gaz w lampie
neonowej. Atomy i cz¹steczki (g³.
tlenu i azotu) w górnych war-
stwach atmosfery, wzbudzone
wskutek bombardowania ich przez
protony, elektrony i jony, emituj¹
promieniowanie o charakterystycz-
nym dla nich widmie i st¹d ró¿ne
barwy zorzy. Kolor zorzy zale¿y od
g³êbokoœci, na jak¹ elektrony wnik-

n¹ w atmosferê i jakie atomy wzbu-
dz¹. Zorza sk³ada siê ze smug o jas-
nob³êkitnych, zielonych, fioleto-
wych lub czerwonawych barwach.

C Z £ O W I E K T E ¯ P O T R A F I

Naukowcy z projektu High

Frequency Active Auroral Research
Program (HAARP) na Alasce, strze-
laj¹c silnymi wi¹zkami promienio-
wania radiowego w nocne niebo,
stworzyli ma³¹, niepozorn¹ œwiet-
ln¹ poœwiatê widoczn¹ z powierz-
chni Ziemi.

Wytworzyli roz¿arzone zielo-

ne cêtki, minizorze.

„Podczas eksperymentu HA-

ARP zosta³ wykorzystany generator
o mocy 1 MW. Naukowcy wysy³ali
impulsy radiowe co 7,5 sekundy -
wyjaœnia Todd Pederson z Air Force
Research Laboratory - Fale radiowe
dolatywa³y do jonosfery, gdzie po-
budza³y elektrony w plazmie. Nas-
têpnie te elektrony uderza³y w gaz
atmosferyczny, który produkowa³
œwiat³o podobne do œwiat³a neo-
nówki”.

Zorza

- jest to œwiecenie gór-

nych warstw atmosfery, najczêœ-
ciej w pobli¿u ko³a podbiegunowe-
go. Bywa czasem widoczna nawet
w okolicach 50. równole¿nika. Jej
powstawanie zwi¹zane jest ze zja-
wiskami elektrycznymi zachodz¹cy-
mi w jonosferze (górne warstwy at-
mosfery). Wystêpuje te¿ na innych
planetach Uk³adu S³onecznego.

Ziemska zorza jest charakte-

rystyczna dla obszarów arktycz-
nych (zorza pó³nocna) i antarktycz-
nych (zorza po³udniowa). Na ciem-
nym niebie nad biegunami, najczêœ-
ciej w odleg³oœci 20-25 stopni od
bieguna geomagnetycznego Ziemi
(pó³nocny lub po³udniowy), zorza
rozœwietla niebo, tworz¹c ró¿norod-
ne formy. Zarówno po³o¿enie zorzy
polarnej na niebie, jak i zabarwie-
nie oraz natê¿enie œwiecenia ulega-
j¹ ci¹g³ym, czêsto bardzo szybkim
zmianom. Zorze polarne pojawiaj¹
siê na wysokoœci 65-140 km, zwykle
jednak ich dolna granica le¿y na
wysokoœci oko³o 100 km, a rozci¹g-
³oœæ pionowa wynosi 100-200 km
(niekiedy dochodzi do 1000 km). !

5

Z o r z e p o j a w i a j ą s i ę t a k ż e n a i n n y c h

p l a n e t a c h , n p . n a S a t u r n i e

M

Ł

ODY

TECHNIK

4/2005

4

45

5