Każdy z nas spotkał się zapewne ze zwrotem „polowanie na zorze polarne”. Zawsze wyobrażałem to sobie jako obserwowanie nieba przez wiele godzin w nadziei na wypatrzenie zorzy. Niestety tak to wygląda podczas kosztujących kilkaset złotych wycieczek oferowanych przez biura podróży w Skandynawii i na Islandii. Grupa turystów odziana w ciepłe kurtki jest wywożona poza miasto, gdzie spędza kolejne 3–4 godziny licząc na zobaczenie wymarzonych „świateł północy”. Gdy zorza się nie pojawi, wracają do domu zmarznięci i biedniejsi o jakieś 50 Euro. Na szczęście dysponując odrobiną wiedzy można tego uniknąć i nieco taniej oraz wygodniej zapolować na zorze.

Jak już wspomniałem, by móc obserwować zorze polarne muszą nałożyć się dwa czynniki. Pierwszym z nich jest odpowiednia intensywność wiatru słonecznego, a drugim dobra pogoda. Dlatego zanim zaczniemy szukać informacji o zorzach polarnych warto odwiedzić sprawdzony portal z prognozą pogody. Polecam tutaj serwisy, które specjalizują się w danych rejonach i prezentują szczegółowe prognozy pokrywy chmur dla danego obszaru z dużą rozdzielczością czasową. Przydadzą się też szczegółowe dane dotyczące temperatury oraz siły wiatru, co pozwoli nam dobrać odpowiedni ubiór na często wielogodzinne obserwacje. Nie sprawdzają się tu serwisy dostępne domyślnie w naszych smartfonach, które często uśredniają dane z większych obszarów i z kilku godzin. Dla odwiedzających Islandię lub Norwegię polecam odpowiednio serwisy Vedur.is oraz yr.no, z których korzystamy w trakcie naszych Fotomisji. Dzięki nim jesteśmy w stanie z dużym prawdopodobieństwem określić, że np. w określonych godzinach pojawi się nad naszymi głowami dziura w chmurach, która pozwoli na obserwacje. Tak było w 2015, gdy lądując za dnia Reykjavíku przy zachmurzonym niebie wiedzieliśmy, że między godziną 21 a 24 będziemy mieć nad głowami sporą dziurę. Mogliśmy więc się odpowiednio przygotować, co zaowocowało pięknymi zdjęciami.

Okazuje się, że pojawienie się zorzy, podobnie jak pogodę, również możemy przewidzieć. Przydaje się do tego portal Space Weather, który prezentuje wszelkie dane dotyczące kosmicznej pogody zebrane z NASA oraz Space Weather Prediction Center. Pierwsze, co możemy tam sprawdzić, to aktualna siła i gęstość wiatru słonecznego. Wartości na poziomie 200–400 km/s nie wróżą nic spektakularnego, jednak, gdy prędkość osiąga 700–1000 km/s to jest szansa na niezłe widowisko.

----- R E K L A M A -----

PROMOCJA SONY - 50% RABATU NA OBIEKTYW!

Sony A7 III + 24-70/4 ZA FE OSS

10822 zł 9410 zł

Sony A7 IV + 50/1.8 FE

13146 zł 12722 zł

Sony A7 III + 50/1.8 FE

8846 zł 8422 zł

Sony A7 IV + 24-70/4 FE ZA OSS

15122 zł 13710 zł

W tym miejscu warto wspomnieć, co wpływa na siłę wiatru słonecznego. Naładowane cząstki „uciekają” ze Słońca cały czas, jednak sporadycznie zdarzają się zjawiska powodujące jego nagłe wzmocnienie. Jednym z nich są dziury koronalne, czyli dziury w polu magnetycznym Słońca. Z obszaru takiej dziury cząstki wylatują z dużo większą prędkością, gdyż nie są hamowane przez pole magnetyczne naszej dziennej gwiazdy.

Zdjęcie korony słonecznej z widoczną sporych rozmiarów dziurą koronalną. Źródło: NASA/SDO

Na Space Weather znajdziemy aktualne informacje o dziurach w koronie Słońca. A gdy takowa zwróci się w kierunku Ziemi, możemy być pewni, że za kilkadziesiąt godzin dotrze do nas silny wiatr słoneczny, który może przynieść piękne zorze.

Oprócz dziur koronalnych na Słońcu zdarzają się rozbłyski, czyli nagłe wyrzuty energii zgromadzonej w miejscach zawirowań pola magnetycznego, które najczęściej występują nad plamami słonecznymi. Rozbłyski są klasyfikowane według klas A,B, C, M i X, gdzie każda kolejna klasa oznacza wybuch o 10-krotnie większej mocy. W ramach klas stosuje się też oznaczenia liczbowe, gdzie np. rozbłysk M5 jest 5 razy silniejszy od M1. Każdy z rozbłysków sprawia, że po kilkudziesięciu godzinach do naszej atmosfery dociera duży strumień naładowanych cząstek mogących wytworzyć zorzę polarną. Trudno jednak dokładnie przewidzieć, kiedy wyrzucona materia dotrze do naszej jonosfery, bowiem zależy to od siły i kierunku wyrzutu. Jednak daje to cenną informacje o tym, że lada dzień zorze mogą się zintensyfikować.

Rozbłysk klasy M5, który miał miejsce 1 kwietnia 2017 roku. Źródło: SDO/AIA

Rozbłysk powstał nad plamą 2644. Źródło: SDO/HMI

Dlatego ważne jest śledzenie aktywności Słońca poprzez obserwacje plam na jego powierzchni. Każda z nich może doprowadzić do powstania wybuchu. Na Space Weather znajdziemy nie tylko informacje o aktualnych rozbłyskach i plamach słonecznych, ale także dane dotyczące prawdopodobieństwa ich wystąpienia w ciągu najbliższych 24 i 48 godzin.

Planując polowanie na zorze warto mieć świadomość jeszcze jednego zjawiska, jakim jest cykl aktywności Słońca. Okazuje się, że występują fluktuacje poziomu emitowanego przez naszą dzienną gwiazdę promieniowania elektromagnetycznego (w tym światła, które dociera do Ziemi), a także wiatru słonecznego. Wieloletnie obserwacje pozwoliły określić, że co około 11 lat występuje minimum aktywności, które rozpoczyna nowy cykl słoneczny. Przez następne 3 do 5 lat aktywność wzrasta i osiąga swoje maksimum, po czym znów zaczyna spadać, by po około 6–7 latach ponownie osiągnąć minimum. W okresie minimum aktywności wiatr słoneczny jest słabszy, pojawia się też znacznie mniej plam słonecznych (lub w ogóle nie występują), a co za tym idzie zmniejsza się prawdopodobieństwo wystąpienia rozbłysków przynoszących nam piękne zorze. Aktualnie nasza dzienna gwiazda znajduje się w 24 cyklu, który osiągnął maksimum w latach 2012–2015. Teraz następuje stopniowy spadek aktywności, a minimum jest spodziewane w okolicach 2020 roku. Warto jednak nadmienić, że aktywność zorzowa, choć związana z 11-letnim cyklem aktywności słonecznej, jest w stosunku do niego przesunięta o 1–2 lata na później. W efekcie największa aktywność zorzowa występuje po maksimum aktywności słonecznej.

Liczba plam występujących na Słońcu w danym miesiącu pozwala określić aktualną aktywność naszej dziennej gwiazdy. Wykres z ostatnich kilkudziesięciu lat doskonale ilustruje występowanie cyklu słonecznego. Źródło: NASA

Każdy ze wspomnianych rozbłysków oraz silne wiatry słoneczne będące wynikiem działania dziur koronalnych powodują zaburzenia geomagnetyczne, a gdy są one silne i nagłe nazywane są burzami geomagnetycznymi. Zaburzenia te mierzone są przy pomocy magnetometrów, które rozmieszczone są w wielu obserwatoriach na naszej planecie i zbierają dane w różnych odstępach czasu. Jednak naukowcy w 1949 roku stworzyli tzw. Indeks Planetarny K (Kp), który uśrednia zebrane przez 3 godziny dane z 13 obserwatoriów. W zależności od poziomu zaburzeń Kp przyjmuje wartości od 0 do 9 i każda wyższa wartość tego współczynnika odpowiada większej szerokości owalu zorzowego. Zatem wysoka wartość Kp daje niemal 100% pewność, że będąc na obszarze pokrytym przez owal zorzowy będziemy świadkami pięknego spektaklu.

Granica owalu zorzowego w zależności od wartości Kp. Źródło: NOAA

Z doświadczenia mogę powiedzieć, że przy Kp=5 spędzaliśmy na Lofotach pół nocy na fotografowaniu niezwykłych zórz, które momentami rozświetlały niemal całe niebo. Wartości Kp=3 przynosiły nieco słabsze zjawisko, które nie wyglądało już tak spektakularnie gołym okiem, jednak wciąż wychodziło bardzo ładnie na zdjęciach.

Aktualna wartość Kp jest podawana na Space Weather, a historyczne dane można śledzić na tej stronie

Wartości Kp z kilku ostatnich dni. Od 27 do 31 marca do Ziemi docierał silny wiatr słoneczny (ok. 700 km/s) spowodowany dużą dziurą koronalną i mogliśmy obserwować piękne zorze. Gdy wiatr ucichł, wartości Kp od razu spadły. Źródło: NOAA

Na stronie Space Weather możemy też zobaczyć prognozowany (z wyprzedzeniem ok. 1 godziny) owal zorzowy. Oczywiście najczęściej jest on pochodną aktualnej wartości Kp i siły wiatru słonecznego. Pokazany w poprzednim rozdziale ogromny owal z 17 marca 2015 r. wyglądał tak dla Kp osiągającego wartości 7–8. W nocy z 2 na 3 kwietnia 2017, gdy Kp wynosiło 1, owal wyglądał tak jak na rysunku poniżej.

Owal zorzowy przy Kp=1. Żródło: NOAA

W takiej sytuacji prawdopodobieństwo zobaczenia zorzy jest niemal zerowe i raczej nie warto tracić czasu na spędzanie nocy pod gołym niebem. Nawet na zdjęciach, przy długich ekspozycjach nie uda nam się uchwycić zielonej poświaty.

Sytuacja nieco zmienia się dla Kp=2–3. Są to już wartości, które dają spore szanse na obserwowanie tego zjawiska i przynoszą one najczęściej dość stabilne zorze, które potrafią „zawisnąć” nad horyzontem na wiele godzin. Mamy wtedy czas na szukanie ciekawych widoków, które możemy wkomponować w nasze kadry. Gołym okiem nie wyglądają one zbyt spektakularnie, bowiem przypominają rozciągnięte na niebie obłoki. Na zdjęciach wychodzą dużo lepiej, gdyż nabierają na sile i zyskują zieloną barwę.

Gdy indeks planetarny osiąga wartości 3 i 4, sytuacja zaczyna się dynamizować. Zorze rozszerzają się na większą część nieboskłonu, a ich położenie, kształt oraz intensywność zmieniają się w czasie. Doskonale ilustrują to poniższe filmy poklatkowe.

Animacja złożona z 55 zdjęć wykonanych na przestrzeni 18 minut.

Animacja złożona z 37 zdjęć wykonanych na przestrzeni 16 minut.

Bardziej cierpliwi mogą wówczas doświadczyć skutków nagłych „podmuchów” wiatru słonecznego, co objawia się dość dynamicznymi rozbłyskami zorzy. Rozbłyski takie mogą pojawić się znikąd, czyli w miejscu, w którym wcześniej było ciemne niebo, a innym razem potrafią wyłonić się ze statycznych łuków, o których wspominaliśmy wcześniej. Widać to doskonale na końcu poniższego filmu.

Animacja złożona z 89 zdjęć wykonanych na przestrzeni 45 minut.

Rozbłyski tego typu potrafią już dość mocno rozświetlić niebo i bardzo efektownie wyglądać gołym okiem. Możemy dostrzec na nich kolory, a zmiany kształtu zorzy następują w ciągu kilku sekund. Na zdjęciach wygląda to jeszcze efektowniej.

Przy Kp=5 i wyższych zorza przez większość czasu wygląda podobnie, jak przy Kp=3 i Kp=4, jednak jest dużo większe prawdopodobieństwo pojawienia się rozbłysków. Mogą one występować nawet kilka razy w ciągu godziny, trwać kilkanaście minut i rozświetlać niebo jak Księżyc w pełni. W tym czasie przepiękne fale jasnej, kolorowej zorzy potrafią kilka razy przemierzyć całe niebo wzdłuż i wszerz. Taki spektakl mieliśmy podczas ostatniej Fotomisji na Lofotach w 2016 roku przy Kp=6. Widoczne na zdjęciach pasy potrafiły zmienić swój kształt w ciągu kilku sekund i nieustannie falowały.

Trzeba mieć jednak na uwadze, że współczynnik Kp to uśredniona wartość, która wynika z pomiarów zakłóceń geomagnetycznych w 13 różnych lokalizacjach przez okres 3 godzin. Zatem nawet bardzo wysoki wskaźnik indeksu planetarnego nie gwarantuje pięknych wybuchów zorzy. Jak wspomnieliśmy, wybuchy te są powodowane przez gwałtowne podmuchy wiatru słonecznego, które wywołują silne zaburzenia pola magnetycznego zwane burzami geomagnetycznymi. Jednak może się zdarzyć, że wysoka wartość Kp nie jest wynikiem tych burz, a spowodowana jest dość silnym jednostajnym zaburzeniem geomagnetycznym podczas którego nie wystąpiła ani jedna burza. Wówczas zorza równomiernie rozjaśni nam niebo i nie dostrzeżemy żadnych spektakularnych rozbłysków. Innym razem na niebie może być względny spokój, a nagle w ciągu godziny będziemy świadkami kilku pięknych rozbłysków, które przeminą tak nagle, jak się pojawiły. Zostaną one jednak odnotowane przez magnetometry i znacząco podwyższą wartość Kp.

Łatwo można odnieść to do zwykłego wiatru. Przez trzy godziny może wiać równomiernie z prędkością 60 km/h. Innym razem będzie wiać 30 km/h, jednak w ciągu 3 godzin trafi się kilkanaście silnych podmuchów o prędkości ponad 100 km/h. W jednym i drugim przypadku średnia prędkość może być taka sama.

Na tym właśnie polega nieprzewidywalność zorzy polarnej. Nawet dysponując wieloma danymi, nigdy nie mamy pewności kiedy pojawi się ona na niebie, w którym miejscu, jak długo i jak intensywnie będzie świecić oraz jaki kształt przybierze.

Na koniec jeszcze jedna uwaga. Będąc na szerokościach z przedziału 65–70 stopni, czyli niemal zawsze pokrywanych przez owal zorzowy, w poszukiwaniu zorzy nie można rozglądać się tylko na boki. Może się zdarzyć, iż jonosfera będzie bombardowana cząstkami wiatru słonecznego tuż nad naszymi głowami, co sprawi, że promienie zorzy pojawią się w zenicie i będą wyglądały, jakby wychodziły z jednego punktu tworząc przepiękny radiant. Zorza tego typu nazywana jest koroną.