Η εξήγηση για το Σέλας

Κύματα φωτός υψώνονται στον ουρανό και αναμειγνύονται το ένα με το άλλο. Δίνουν την εντύπωση ότι κινούνται σαν να φυσά απαλό αεράκι.

Τα φωτεινά κύματα σχηματίζουν μια τεράστια κουρτίνα στον ουρανό, όπου κυριαρχεί το πράσινο ή το κόκκινο χρώμα. Αυτό το μαγευτικό φωτεινό φαινόμενο καλείται "πολικό σέλας" - ή επικρατέστερα "βόρειο σέλας" (aurοra borealis)-, επειδή παρατηρείται συχνότερα στο Βόρειο Πόλο.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα η ερμηνεία του φαινομένου παρουσίαζε δυσκολίες, ιδιαίτερα όσον αφορά στο σχηματισμό του.

Όλα ξεκίνησαν το 1958. Τότε εκτοξεύτηκε ο πρώτος αμερικανικός δορυφόρος Explorer Ι, που μετέφερε έναν μετρητή Geiger, με σκοπό να συλλέξει δεδομένα για την κοσμική ακτινοβολία. Μέχρι τότε κανείς δεν ήξερε τι προκαλούσε αυτά τα λαμπερά χρυσοπράσινα ή μενεξεδένια φωτεινά κρόσσια που λες και χόρευαν στον ουρανό.

Βέβαια, από παλιά γνώριζαν ότι το άστρο μας είχε μια περίεργη κορόνα από πίδακες φωτιάς, αλλά κανείς δεν ήξερε τι επίδραση είχε αυτή η δραστηριότητα του ήλιου στη ζωή μας εδώ στη Γη.

Η πρώτη μερική εξήγηση δόθηκε όταν παρατηρήθηκε συσχετισμός με την περιοδικότητα της ηλιακής δράσης. Αποδείχθηκε δηλαδή ότι οι μεταβολές του ενδεκαετούς ηλιακού κύκλου συμπίπτουν με τις εμφανίσεις του φαινομένου. Όταν αργότερα έγινε δυνατή η μελέτη του Ήλιου με τη βοήθεια του φασματοσκοπίου, διαπιστώθηκε ότι ένα πολικό σέλας εμφανίζεται πάντα μετά την πάροδο πολλών ωρών από μια ηλιακή έκρηξη. Η αιτία του φαινομένου λοιπόν αναζητήθηκε στην ηλιακή ακτινοβολία.

Ωστόσο, επειδή το ηλιακό φως χρειάζεται πολύ μικρό χρονικό διάστημα για να διανύσει την απόσταση Ηλίου-Γης, η έρευνα στράφηκε στις ατομικές ακτινοβολίες των σωματιδίων που εκτοξεύονται από τον Ήλιο με μικρότερη ταχύτητα, κάνοντας περίπου δύο μέρες για να φτάσουν στη Γη.

Παρέμενε όμως το ερώτημα γιατί αυτά τα φωτεινά φαινόμενα εμφανίζονται μόνο στους πόλους και όχι ομοιόμορφα σε όλη τη γήινη επιφάνεια. Η παρατήρηση αυτή οδήγησε τελικά στο συμπέρασμα ότι πρόκειται για ηλεκτρικά φορτισμένα ιόντα (κυρίως πρωτόνια) και ηλεκτρόνια που έλκονται από το γήινο μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι εντονότερο στους πόλους.

Εκείνη την εποχή ένας φυσικός, ο Eugene Parker, του τμήματος της Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου επεξεργάστηκε μια καινοφανή θεωρία για τον Ήλιο. Με τη βοήθεια ενός μαθηματικού μοντέλου οδηγήθηκε στη θεώρηση ότι η ενέργεια που εκλύεται από τις πυρηνικές εκρήξεις στον Ήλιο δεν συσσωρεύεται απλά στην επιφάνειά του, αλλά ξεφεύγει από το ηλιακό πεδίο βαρύτητας και εκτοξεύεται συνεχώς στο Διάστημα υπό μορφή πλάσματος (καυτού, ιονισμένου αερίου) με ταχύτητα 400.000 km/h.

Κατά τους υπολογισμούς του Parker, αυτός ο ηλιακός άνεμος - όπως τον ονόμασε - ξετυλίγεται με το σχήμα μιας έλικας του Αρχιμήδη προς όλες τις κατευθύνσεις. Φθάνοντας στη Γη συναντά το εξώτερο στρώμα της ατμόσφαιράς της, την ιονόσφαιρα, και την βομβαρδίζει. Το μαγνητικό πεδίο της Γης κατορθώνει να απωθήσει μόνο τα μισά ιόντα αυτού του ανέμου.

Από τον συνεχή βομβαρδισμό δημιουργούνται τεράστια ηλεκτρικά φορτία, που αφενός συμβάλλουν στη δημιουργία νεφών και αφετέρου θερμαίνουν την ιονόσφαιρα και την αναγκάζουν να απελευθερώσει ιόντα οξυγόνου.

Τα ιόντα αυτά δεν κατορθώνουν να ξεφύγουν από το μαγνητικό πεδίο της Γης και σχηματίζουν ένα τεράστιο μπαλόνι ιόντων γύρω από τον πλανήτη. Το γήινο μαγνητικό πεδίο όμως δεν καλύπτει ισομερώς όλη τη Γη.

Παρουσιάζει τρύπα στους πόλους ενώ καλύπτει ικανοποιητικά τον ισημερινό. Άρα ο ηλιακός άνεμος δεν συναντάει μεγάλα εμπόδια στα ασθενή σημεία του μαγνητικού πεδίου της Γης κι έτσι εκεί γίνεται ορατή η τριβή του νέφους των ιόντων με την ατμόσφαιρα.

Με άλλα λόγια, το Βόρειο και το Νότιο Σέλας είναι σωματίδια του ηλιακού ανέμου (γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες) που πέφτουν σαν φωτεινή καταιγίδα στους πόλους.

Ενώ όμως αυτό είναι απλώς ένα όμορφο θέαμα, κάποιες άλλες ηλιακές καταιγίδες (σαρωτικά κύματα ηλιακού ανέμου) προξενούν βλάβες σε τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους, διαταραχές στις ραδιοτηλεπικοινωνίες, διακοπές ηλεκτρικού ρεύματος στα δίκτυα, ακτινοβολία στους επιβάτες των αεροπλάνων και διαταραχές στο κλίμα.

Ο Parker, μέχρι να επαληθευτεί η θεωρία του, δεν μπορούσε καν να δημοσιεύσει την εργασία του, καθώς δεν γινόταν πιστευτός.

Σύντομα όμως, το 1961 με τον δορυφόρο Explorer 10 και το 1962 με τον Mariner 2, η θεωρία του επαληθεύθηκε.

Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια που φτάνουν καταιγιστικά στην ατμόσφαιρα μας για να παράγουν χρωματιστό Βόρειο Σέλας δεν προέρχονται κατευθείαν από τον ηλιακό άνεμο. Αντιθέτως, ακολουθούν ένα πιο κυκλικό δρόμο διαμέσου της "μαγνητοτροχιάς."

Η μαγνητοτροχιά είναι μία περιοχή του διαστήματος πίσω από τη νυχτερινή πλευρά της Γης όπου ο ηλιακός άνεμος τεντώνει το μαγνητικό πεδίο μέσα σε μια μακριά ουρά σαν κομήτη.

Στο εσωτερικό της μαγνητοτροχιάς είναι το "φύλλο πλάσματος," μια περιοχή που είναι πυκνοκατοικημένη από ιονισμένο αέριο. Αν και είναι πιο μακριά από 60.000 km, ότι συμβαίνει στο φύλλο του πλάσματος είναι κρίσιμο για την δραστηριότητα του σέλαος.

Όταν μια ενεργητική ριπή των ηλιακών σωματιδίων πλήττει την μαγνητόσφαιρα, συμπιέζει το μαγνητικό πεδίο και τεντώνει τη μαγνητοτροχιά περισσότερο του κανονικού. Αυτό προξενεί γειτονικές μαγνητικές γραμμές πεδίου με αντίθετες πολικότητες για να συνδεθεί στο εσωτερικό το φύλλο πλάσματος.

Πυκνά ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται από αυτή τη μαγνητική ρίψη πλάσματος προς τη μεριά των γήινων μαγνητικών πόλων, όπου αυτό τρυπά την ατμόσφαιρα, προκαλώντας Σέλας σε μια οβάλ γραμμή, που καλείται έτσι εξ' αιτίας του σχήματος της.

Το γράφημα, προσφορά του Γεωφυσικού Ινστιτούτου του Πανεπιστημίου της Alaska, δείχνει τη περιοχή (Oval) που συνήθως εμφανίζεται το Σέλας, στο Βόρειο ημισφαίριο.

Κατά τη διάρκεια γεωμαγνητικών καταιγίδων η Oval αυτή περιοχή επεκτείνεται ώστε ο κόσμος σε πιο νότια μέρη να μπορεί να δει το Βόρειο Φως.
Υπάρχει ένα παρόμοιο oval πάνω από το Νότιο Πόλο.

Πάντως, τα περισσότερα Σέλας συμβαίνουν σε ακατοίκητες περιοχές.

----------------------------------------------

Η σελαϊκή ζώνη του Νότιου Πόλου στις 6 Απριλίου 1996 στο υπεριώδες. Η χαμηλή σελαϊκή δραστηριότητα φαίνεται με μπλε χρώμα, ενώ η υψηλή με κόκκινο. (Πηγή: NASA)

----------------------------------------------------

Η πρώτη παρατήρηση του σέλας πραγματοποιήθηκε από τον Αριστοτέλη κατά τη διάρκεια αίθριας νύχτας.

Σύμφωνα με τα Μετεωρολογικά (Α’,5),

«Φαίνεται δέ ποτε συνιστάμενα νύκτωρ αἰθρίας οὔσης πολλὰ φάσματα ἐν τῷ οὐρανῷ…, ἡμέρας μὲν οὖν ὁ ἥλιος κωλύει, νυκτὸς δ’ ἔξω τοῦ φοινικοῦ, τὰ ἄλλα δι’ ὁμόχροιαν οὐ φαίνεται».

Το σέλας παρουσιάζει ποικιλία χρωμάτων και σχεδίων, με αιφνίδιες εμφανίσεις και σχετικά γρήγορες μεταμορφώσεις. Το φάσμα του σελαϊκού φωτός συνίσταται σε 150 φασματικές γραμμές.

Πράσινες ακτίνες με κυματώσεις κόκκινου χρώματος καλύπτουν τους πόλους, με το κίτρινο να εξαφανίζεται γρήγορα μεταξύ αυτών. Το στέμμα του σέλαος (aurora corona) καλύπτει το μεγαλύτερο τμήμα του ουρανού

. Από το κέντρο του ουράνιου θόλου εμφανίζεται αιφνίδια ένα κυκλικό φως που μοιάζει με στεφάνι.

Λευκές ακτίνες που εκτείνονται από την περιφέρειά του και είναι κάθετες ως προς το έδαφος δημιουργούν την εντύπωση ενός γιγάντιου φωτεινού στέμματος. Αυτός ο εντυπωσιακός σχηματισμός στρέφεται κάνοντας ενδιάμεσες αιφνίδιες στάσεις.

Αυτό το χαρακτηριστικό φαινόμενο διαρκεί από μόλις λίγα δευτερόλεπτα μέχρι μισό λεπτό της ώρας και στη συνέχεια εξαφανίζεται.

Το σέλας είναι ορατό τακτικά σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη σε ύψος 80-250 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και στα δύο ημισφαίρια (aurora borealis και aurora australis), κατά μήκος μιας ζώνης με κέντρο που απέχει 10° από τους πόλους ή ακριβώς πάνω από τους πόλους πολύ αραιότερα, και σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια έντονων γεωμαγνητικών καταιγίδων. Περίπου μια φορά στα 100 χρόνια μπορεί να εμφανιστεί και σε γεωγραφικά πλάτη κοντά στον ισημερινό και ακόμα πιο σπάνια σε παραμεσόγειες χώρες.

To έτος 2003, το σέλας εμφανίστηκε στην Αθήνα, κατά τη διάρκεια μεγάλων εκρηκτικών φαινομένων στον Ήλιο που σημειώθηκαν κατά το τέλος Οκτωβρίου με αρχές Νοεμβρίου.

Σε μια πολύ σπάνια περίσταση, μια τεράστια γεωμαγνητική καταιγίδα το Νοέμβριο του 2003 δημιούργησε μια ισχυρή αύρα που ήταν σαφώς ορατή μέχρι το νότο της Ελλάδας. Από τον φωτογράφο: "Υπάρχουν επίσης αναφορές από την αρχαία Ελλάδα των κόκκινων φώτων χορού το βράδυ που αναφέρονται στην αυγή των βορειών. Μέρη όπως η Αλάσκα είναι γνωστά ως οι καλύτερες τοποθεσίες στο βόρειο ημισφαίριο για να παρατηρήσετε αυτά τα φώτα χορού, καθώς είστε πιο κοντά στο γεωμαγνητικός βόρειος πόλος. Αλλά όταν οι εκτοξευόμενες μάζες από τον Ήλιο είναι πραγματικά μαζικές και κατευθύνονται στη Γη, οι αύρες μπορούν να παρατηρηθούν τόσο νότια όσο τα μέσα της Καλιφόρνια. Ωστόσο, χώρες στη Μεσόγειο απέχουν πολύ από τους δύο γεωμαγνητικούς πόλους και, Ως εκ τούτου, αντιπροσωπεύουν πολύ χαμηλές πιθανότητες για παρατήρηση αυγής.Η Αθήνα, Ελλάδα έχει γεωγραφικό πλάτος 38 ° Β, αλλά το γεωμαγνητικό πλάτος της είναι μόνο 31 ° Β.newTWAN

Σέλας έχει εμφανιστεί τα Μεσαιωνικά χρόνια στην ανατολική Μεσόγειο και πάνω από την Αραβική Χερσόνησο.

Σε περιόδους χαμηλής ηλιακής δραστηριότητας, κατά τις οποίες ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων είναι μικρότερος, μειώνεται η ροή υψηλής ενέργειας σωματίων ηλιακού ανέμου και οι σελαϊκές ζώνες μετατοπίζονται προς τους πόλους. Κατά την έντονη ηλιακή δραστηριότητα, αυξάνεται η εκτόξευση πλάσματος από τον Ήλιο προς τη Γη, με αποτέλεσμα το σέλας να εκτείνεται και σε μέσα γεωγραφικά πλάτη (το βόρειο σέλας έχει παρατηρηθεί έως και 40° νότια των Ηνωμένων Πολιτειών).

Κατά τη δημιουργία γεωμαγνητικής υποκαταιγίδας, παρατηρούνται χαρακτηριστικές μεταβολές σέλας. Αρχικά, το σέλας είναι αμυδρό και διάχυτο με λίγες λεπτές τοξοειδείς δομές κατά τη διεύθυνση ανατολής-δύσης. Η διάχυτη συνιστώσα καλύπτει ένα όχι μικρό μέρος του ουρανού, ενώ οι τοξοειδείς δομές είναι χωρικά περιορισμένες. Καθώς το πλασμοειδές στη μαγνητοουρά μεγαλώνει, η σελαϊκή ζώνη εκτείνεται και σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη, με το σέλας να είναι ακόμα ήρεμο. Αυτή η φάση μπορεί να διαρκέσει λίγες ώρες. Καθώς αρχίζει η μαγνητική επανασύνδεση στο εσωτερικό σημείο Χ, το σέλας λαμπραίνει και καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του ουρανού. H μορφολογία του γίνεται πιο περίπλοκη, με γρήγορες μεταβολές στην ένταση, στο χρώμα και στις δομές του, ενώ ταυτόχρονα εκτείνεται και σε χαμηλότερα πλάτη. Αυτή είναι και η πιο θεαματική φάση του σέλαος, που διαρκεί μερικά λεπτά έως λίγες ώρες.

Σέλας έχει παρατηρηθεί και σε αέριους γίγαντες (Δίας, Κρόνος, Ουρανός, Ποσειδώνας) λόγω του ηλιακού ανέμου, αλλά και στην Ιώ, ως απόρροια της αλληλεπίδρασης της ατμόσφαιράς της με το ισχυρό μαγνητικό πεδίο του Δία.

----------------