A napfolttól a sarki fényig – a Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet a hazai űridőjárás megfigyelés szolgálatában

Az elmúlt hónapokban többször is meg lehetett figyelni a sarki fényt Magyarországról. A sajtóban több cikk is megjelent a témában. Tekintve, hogy a HUN-REN Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet kiemelkedő kutatási területei közé tartozik a sarki fényt is okozó ún. űridőjárási események vizsgálata, ezért fontosnak tartjuk, hogy tudományosan megalapozott magyarázatot adjunk a jelenség eredetével, előfordulásának gyakoriságával kapcsolatban.

A Nap mágneses terének látható megnyilvánulásai a környezetüknél sötétebb, hidegebb napfoltok. Mivel a Nap mágneses tere nem állandó, hanem körülbelül 11 éves ciklus szerint változik, a Nap felszínén, a fotoszférában megjelenő napfoltok száma és mérete is változik a ciklus alatt. A 2020-ban indult jelenlegi, 25. ciklus épp a maximumához közeledik, melyről az előrejelzések nagy része úgy véli, hogy az előző – az elmúlt 100 évben a leggyengébb – ciklushoz hasonlóan kis intenzitású lesz. Mások szerint ez a ciklus erősebb naptevékenységet fog produkálni. Jelenleg ez utóbbi látszik beigazolódni.

1. ábra: A sarki fény kialakulásának sematikus ábrája

Ez azt is jelenti, hogy jóval több olyan nagy területű, komplex napfoltcsoport megjelenése várható, melyhez eruptív jelenségek, pl. flerek, koronaanyag kidobódások (CME) is kapcsolódnak, melyek a mágneses erővonalak átrendeződése során hatalmas mennyiségű töltött részecskét, egy, a nyugodt napszél sebességének többszörösével haladó plazmacsomagot bocsátanak ki. Ez, ha a Földet eltalálja, a Föld mágneses környezetében folyamatok láncolatát indítja el. Ezt nevezzük geomágneses viharnak. A geomágneses viharok során a napszél a Földet védő mágneses pajzs, a magnetoszféra külső rétegeit mintegy lehámozza és a Föld árnyékos, éjszakai oldalán található ún. csóva felé sodorja. A csóvában felhalmozódó és összesűrűsödő mágneses plazma egy kritikus határt elérve gyors kitörésekben oldódik fel, miközben a plazmát a Föld felé lövi, hasonlóképpen egy felajzott íjból kilőtt nyílhoz, vagy egy csúzlihoz (1. ábra). A csóvából a Föld felé gyorsított töltött részecskék a mágneses erővonalakat követve a légkörben található különféle részecskékkel ütközve, kb. 100-400 km magassági tartományban hozzák létre a sarki fényt (2. ábra). A több száz km magasságnak köszönhetően a megfigyelőtől akár 5-10 fokkal északabbra (azaz esetünkben Lengyelország fölött) kialakuló sarki fény észlelésére is van esély kristálytiszta időben.

2. ábra: A felgyorsított töltött részecskék a légkör összetevőivel ütközve hozzák létre a sarki fényt
(eredeti ábrák forrása: https://homepage.physics.uiowa.edu/~ghowes/research/scibackground.html )

Az esti órákban látható sarki fényt tehát nem közvetlenül a Napból beérkező részecskék okozzák, ahogy arról a legutóbbi látványos sarki fény esemény után a legtöbb híradás beszámolt, hanem a mágneses viharok során a Nappal ellentétes oldalon, a csóvából a Föld felé kilőtt plazmacsomagok. Bár a Napból érkező részecskék is gerjesztik a légkör részecskéit, azonban az fényes nappal történik, s ezért nem látható.

A feljegyzések alapján a legjelentősebb ilyen geomágneses vihar az ún. Carrington-esemény volt 1859 szeptemberében (a 10. napfoltciklus maximumának idején), mely egy hatalmas napfoltcsoport (lásd a 3. ábrát) által okozott flert követő koronaanyag-kidobódás következménye volt. Ekkor alacsonyabb földrajzi szélességekről, pl. Kubából (Közép-Amerika) is jelentettek sarki fényt.
A napciklus maximumának környékén megfigyelhető sarki fény jóval erősebb, mint a minimumok idején látható, éppen ezért távolabbról, azaz alacsonyabb szélességekről is láthatóvá válhat.

3. ábra: Richard Carrington rajza az 1859 szeptember elején megfigyelt napfoltcsoportról. Az A-D pontok a fler helyét jelölik.

A HUN-REN Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet munkatársai a fent leírt folyamatok szinte tejes láncolatát nyomon követik a Napon kialakuló foltok fejlődésének vizsgálatától kezdve, a Föld körüli térségben zajló töltött részecske gyorsítási folyamatok megfigyelésén, valamint a felsőlégkörben okozott hatások detektálásán és tanulmányozásán túl a felszíni geomágneses tér változásának regisztrálásig. A Föld plazmakörnyezetében zajló folyamatok felszíni eszközökkel történő megfigyelése a nagycenki Széchenyi István Geofizikai és a Tihanyi Geomágneses Obszervatóriumokban történik.