Wat is poollicht?

Ja okee, die kleurtjes in de lucht rond het poolgebied. Heel prachtig natuurlijk, maar laten we even iets meer ingaan op het fenomeen hier. 

Om alvast wat informatie vrij te geven: in Nederland is soms ook poollicht te zien. Heel soms, en alleen om de zoveel jaar. Zoals in 2012. Ik vertel hier straks meer over, maar eerst beantwoord ik de vraag: wat is poollicht?

Wat is poollicht

Poollicht (Aurora Borealis genaamd als noorderlicht en Aurora Australis in het zuiden) ontstaat als gevolg van ontploffingen op het oppervlak van de zon, dat zorgt voor een zonnewind in het heelal. Deeltjes uit deze wind raken atomen aan de buitenste delen van onze atmosfeer en een chemische reactie tussen de deeltjes en de atomen zorgt voor kleuren in de lucht.

Omdat dit wel een hele korte samenvatting is, ga ik in de volgende paragrafen nog wat dieper op deze materie in.

Zonnevlekken

Zonnevlekken zijn uitbarstingen op de zon waar het oppervlak 1000 tot 1500 graden koeler is dan op de rest van het oppervlak, deze uitbarstingen worden ook wel protuberansen genoemd. Op deze plekken is meer magnetische kracht waardoor deeltjes meer activiteit krijgen.

         Ook heeft de zon, net als de aarde, een magnetische Noord- en Zuidpool, welke om de zoveel jaar omwisselen*. Deze polenwissel zorgt voor nog meer activiteit op de zon, wat ook zichtbare gevolgen heeft voor de aarde. Gemiddeld om de 11 jaar bevindt de zon zich in zo’n actieve periode van polenwissel. In deze periode is er een zonnevlekken maximum en –minimum. Tijdens een minimum, vlak na een poolwissel, is er nauwelijks activiteit en is er soms geen zonnevlek waar te nemen. Tijdens actieve perioden hebben we een zonnevlekkenmaximum en zijn er veel zonnevlekken waar te nemen. De laatste actieve periode was in 2012.

         Voor ons is een uitbarsting het meest zichtbaar als deze naar ons gericht is. Een uitbarsting moet naar de aarde gericht zijn om de deeltjes uiteindelijk bij ons te laten belanden. De zon draait, net als de aarde, ook om zijn as. Zonnevlekken in de buurt van de zonneschijf draaien met de as mee en hebben zo een grote kans uiteindelijk deeltjes in onze richting te sturen. De zon heeft 25 dagen nodig om rond zijn as te draaien, dit betekent dat als je op een bepaalde dag poollicht ziet, de kans groot is dat het poollicht 25 dagen later weer zichtbaar is.

Als er veel zonnevlekken zijn, is er veel magnetische activiteit en worden er meer energierijke geladen deeltjes de ruimte geslingerd, er ontstaat een zonnewind.

 * Ter vergelijking, op aarde wisselen de polen gemiddeld om de 300.000 jaar. Op dit moment zijn de polen echter al 780.000 jaar niet meer gewisseld. Uit onderzoek blijkt wel dat er signalen zijn dat de polen aan het omkeren zijn, maar dit kan nog wel duizenden jaren duren voordat ze daadwerkelijk gaan keren.

Zonnewind

De zonnewind is een stroom geladen deeltjes die door een explosie op de zon ontsnappen aan de baan van de zon en de ruimte in geslingerd worden. Deze deeltjes samen wordt ook wel een plasmawolk genoemd. De minimale snelheid die nodig is om los te komen van de zon is 618 km/s. Jaarlijks verliest de zon zo’n 60x1015 kg aan massa door dit verlies, wat overeenkomt aan 0,01% verlies van zijn massa in de 4,6 miljard jaar dat de zon bestaat. In de buurt van de aarde heeft de zonnewind een snelheid van ongeveer 450 km/s en bevat hij elektronen, protonen, zware alfadeeltjes en iconen.

         De sterkte van een zonnewind kan verschillen. Tijdens zonneminima (vlak na wisseling van de polen) zijn de plasmawolken een stuk minder krachtig waardoor er ook minder poollicht op aarde te zien is (enkel in de meest noordelijke en zuidelijke gebieden). Tijdens zonnemaxima kunnen de plasmawolken dus sterk genoeg zijn voor poollicht in Nederland. En heel soms, voor het laatst 150 jaar geleden, zijn de plasmawolken zo sterk dat dit niet alleen zichtbaar, maar ook duidelijk merkbaar kan zijn op aarde.

         Tijdens de meest krachtige zonnewinden is de sterkte van de deeltjes zo groot dat dit de moderne techniek in de war kan brengen. 150 Jaar terug veroorzaakte deze zonnewind kortsluiting in de nieuw aangelegde telegraafverbinding tussen de Verenigde Staten en Europa. Hierdoor ontstonden verschillende branden. De poollichten waren zo krachtig dat zelfs rond de Middellandse Zee poollicht gesignaleerd is.

Magnetisch veld

Het magnetisch veld van de aarde zorgt ervoor dat geladen deeltjes in de Van Allen-gordels terechtkomen (twee magnetische banden rondom de aarde, één van protonen en één van elektronen dat deeltjes van Noord- naar Zuidpool stuurt en weer terug). In de Van Allen-gordels komen de deeltjes met grote snelheid op de aarde af, maar het magnetisch veld houdt dit (grotendeels) tegen. Alleen bij de polen kunnen sommige deeltjes dichter bij de aarde komen. Bij een afstand van 40-50 km zijn de deeltjes dichtbij genoeg om luchtmoleculen te raken en hiermee te reageren, met mooie gevolgen.

De kans dat deeltjes dichtbij genoeg kunnen komen is het grootst bij zonnemaxima.

Reactie in onze atmosfeer

Op de bovenste laag van onze dampkring is de lucht erg ijl, er zijn dus weinig moleculen en atomen. In de afstand van 100-700 km boven het aardoppervlak raken de deeltjes van de zonnewind deze moleculen en atomen (vooral zuurstof en stikstofmoleculen) die door de botsing worden aangeslagen. Een aangeslagen deeltje komt in een hogere energietoestand. Bij het terugvallen naar de oorspronkelijke energietoestand wordt licht uitgezonden, deze lichtbundels worden fotonen genoemd.

Aangeslagen deeltjes

Ik zal kort uitleggen wat aangeslagen deeltjes zijn. Een deeltje is in dit geval een atoom. Een atoom bestaat uit de kern van protonen en neutronen, en eromheen draaien veel kleinere elektronen. Wanneer een deeltje van de zonnewind een atoom raakt in onze atmosfeer, dan slaat het een atoom verder van de kern vandaan. De elektron staat dan verder van de kern af. Dit is de aangeslagen toestand van het atoom. Vervolgens valt het elektron weer terug naar zijn oorspronkelijke positie. Daarbij wordt een foton uitgezonden, een lichtbundel.

Het poollicht bestaat uit meerdere kleuren, dit komt omdat de emissie (uitstraling)  van een aangeslagen atoom afhankelijk is van de luchtdruk en het soort atoom. Verschillende atomen zenden na een aangeslagen toestand verschillende kleuren uit. Zuurstof bij lage luchtdruk (dus hoger in de atmosfeer) zendt een rode kleur uit, zuurstof lager in de atmosfeer zendt groen licht uit. 

Bij groen poollicht worden de zuurstofatomen op een hoogte van meer dan 100 km aangeslagen en wordt een corpusculaire straling ( wat gewoon deeltjesstraling betekend) geactiveerd. Een rode kleur ontstaat op een hoogte van meer dan 200km en dan zijn het weer de zuurstofatomen die hiervoor zorgen. Hoog in de atmosfeer ontstaat er rood licht, gevormd door zuurstofatomen, lager groen en zelfs gelig. Laag in de atmosfeer kunnen kleuren uitgezonden worden van nauwelijks zichtbaar violet tot rood.  Ditmaal rood licht van stikstofatomen, die zich vooral lager in de atmosfeer bevinden.

Poollicht in Nederland

Terug naar Nederland, wanneer is er bij ons poollicht te zien? Omdat wij onder de gordel van Van Allen liggen wordt veel straling van ons afgeweerd. Maar bij grote activiteit van de zon is er wel kans dat er voldoende deeltjes alsnog door de gordel komt om ook poollicht in Nederland te kunnen zien.

         Als we geen rekening houden met bewolking in Nederland dan is eens in de 11 jaar de mogelijkheid in Nederland om poollicht te zien. Dit heeft te maken met de wisseling van polen op de zon. De laatste wisseling was een jaar terug, het is voorlopig dus nog wel even wachten op poollicht in Nederland. Ook zal de kans op alleen rood poollicht groter zijn in Nederland dan rond de polen, omdat het voor de deeltjes nog lastiger is om naderbij te komen. En hoe dichterbij de zonnewind kan komen, hoe meer kleuren en zichtbaar zijn. Wat niet betekent dat in Nederland niet soms ook andere kleuren te zien zijn.

Feitjes

- na een grote uitbarsting op de zon precies naar de aarde gericht is er één à twee dagen later een poollichtverschijnsel waar te nemen

- op https://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html is de stand van de zon wat betreft zonnevlekken te zien, als er zonnevlekken rond de middenband zitten, is er grote kans op poollicht

- in Nederland is dus soms ook poollicht te zien, zie deze link voor informatie en foto’s:https://www.poollicht.info/index.php

- voor de wetenschap ontdekte waar het noorderlicht vandaan kwam, werd gedacht dat poollicht een bericht was van de goden, een waarschuwing voor naderende rampen. De Vikingen dachten dat poollicht betekende dat ergens een veldslag had plaatsgevonden.

https://wetenschap.infonu.nl/weer/9851-poollicht-een-lichtverschijnsel.html

https://www.nrc.nl/W2/Lab/Profiel/DeZon/poollicht.html

https://nl.wikipedia.org/wiki/Poollicht

https://www.weerstationleeuwarden.nl/Poollicht.html

https://www.poollicht.info/index.php