Spektakularny taniec niebios. Najsilniejsze zorze w historii

Tekst Kenny Taylor

Cała kopuła nocnego nieba mieniła się kolorami: żółto-zielonymi kaskadami i purpurową poświatą przechodzącą wysoko w górze w ciemność.

Kolory układały się w szerokie pasma, które nabierały i traciły na jasności, czasem były bardziej intensywne w jednym miejscu, potem bladły, aby chwilę później znów zyskać na nasyceniu. Zdawało się, że patrzyłem na serce wspaniałego świetlistego kwiatu, którego płatki falowały na nieodczuwalnym wietrze - oddechu spoza naszej planety.

Ta zorza rozświetliła noc nad moim domem na szkockich wyżynach przeszło dziesięć lat temu, ale po dziś dzień jestem w stanie przypomnieć sobie jej kolory, kształty i ruchy. Sam pokaz barw trwał mniej niż godzinę, ale poświata utrzymywała się dłużej. Wyglądało to tak, jakby wszystko się odbyło się za działaniem magicznej różdżki, ale wiedziałem, że nauka już rozwikłała ten magiczny sekret: elektrycznie naładowane cząstki Słońca rozświetlały gazy w górnych warstwach atmosfery.

Tysiące kilometrów na zachód, na Alasce, ta sama zorza przykuła również uwagę Karola Deehra, fizyka z Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Alaska Fairbanks. – Ten pokaz z 13-14 marca 1989 roku, był jednym z najlepszych w ciągu ostatnich 50 lat – stwierdził.

Odwiedziłem Deehra w marcu 2001 roku w czasie fazy intensywnej aktywności zorzy polarnej. Deehr to energiczny mężczyzna, który zachował, mimo swoich ponad sześćdziesięciu lat, młodzieńczy zapał do nowych przedsięwzięć badawczych. Jego badania nad prognozowaniem występowania zorzy polarnej to połączenie nauki i wróżenia. Szuka on powtarzalnych wzorów w najnowszych informacjach wysyłanych przez satelity znajdujące się blisko Ziemi, w nadziei, że uda mu się przewidzieć aktywność zorzy na dzień lub dwa wcześniej. Takie ostrzegawcze prognozy pozwalają na przygotowanie instalacji elektrycznych na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej na zakłócenia.

Zorza na Florydzie i w Meksyku

Naukowcy korzystają z satelitów, aby określić siłę zorzy polarnej, ale w 1989 roku niesamowity zasięg zorzy pokazał wielu z nas, jak bardzo nietypowe było to zjawisko. Większość zórz jest widoczna tylko na wyższych szerokościach geograficznych (powyżej 60 stopni), ale ta wspomniana była widoczna aż w Key West na Florydzie i półwyspie Jukatan w Meksyku. Zaniepokojeni ognistym odcieniem nieba ludzie dzwonili na policję; inni patrzyli w zachwycie. W ciągu 90 sekund od momentu jej pojawienia się na niebie nad prowincją Quebec, towarzyszące burze magnetyczne spowodowały awarię w dostawie elektryczności w całej prowincji, pozbawiając na dłuższy czas prądu sześć milionów Kanadyjczyków. Jednocześnie odczyty kompasów stały niewiarygodne i pojawiły się doniesienia o samodzielnie zamykających się i otwierających bramach automatycznych. Transmisje radiowe zostały przerwane, systemy nawigacji przybrzeżnej przestały działać, a niektóre dane przesyłane przez satelity tymczasowo utracono.

Zaistniałe problemy były jasną wskazówką, że prognozowanie występowania zórz jest koniecznie. W średniowieczu świecąca na czerwono zorza nad średnimi szerokościami geograficznymi była postrzegana przez niektórych Europejczyków jako znak krwawej bitwy lub innego zbliżającego się nieszczęścia. Choć przesąd ten stracił już na znaczeniu, w czasach narastającej zależności od technologii komunikacyjnej, odkrycie prawdziwego oblicza zorzy nabrało praktycznego znaczenia i stało się koniecznością.

Charles Deehr przybył do Fairbanks z kilkoma innymi studentami fizyki w 1958 roku. Brali udział w Międzynarodowym Roku Geofizycznym (ang. IGY), który zgromadził naukowców z 67 krajów badających powierzchnię, wnętrze i atmosferę Ziemi. Właśnie wtedy, w lutym 1958 roku, pojawiła się wielka czerwona zorza - prawdopodobnie najbardziej niezwykła w całym stuleciu. Wskazywało to na wybuchową aktywność Słońca, idealne warunki do badania zorzy polarnej. – W poprzedzającym roku aktywność plam słonecznych była największa w historii, a my mieliśmy znakomite zorze każdej nocy – powiedział Deehr.

Od połowy 1800 roku było wiadomo, że liczba plam słonecznych - ciemnych, chłodniejszych obszarów o wysokiej aktywności magnetycznej, którym często towarzyszą duże erupcje na Słońcu - osiąga maksimum mniej więcej co 11 lat. Liczba plam utrzymuje się na wysokim poziomie przez około dwa lata przed i po szczycie okresu znanego jako maksimum słoneczne. Zorze zależą od tego cyklu i związanych z nim wzlotów i upadków jak kolejki w wesołym miasteczku. Oznacza to, że kiedy Słońce jest niespokojne, jak to było w latach pięćdziesiątych XX wieku, nocne niebo na Ziemi może tańczyć.

Grupa Deehra przyczyniła się do odkrycia, że istnieją dwa wielkie owale aktywności zorzy polarnej otaczające bieguny geomagnetyczne - jeden dla zorzy polarnej na półkuli północnej, a drugi identyczny dla zorzy na półkuli południowej. Zazwyczaj wybrzuszają się dalej w kierunku równika po nocnej, zacienionej, stronie Ziemi i zmieniają trochę kształt każdego dnia. Podczas dużych zórz polarnych mogą przesuwać się jeszcze dalej, ukazując się ludziom mieszkającym poza typowym ich zasięgiem.

Słońce jak zraszacz ogrodowy

Zorza z 1958 roku zbiegła się również z początkiem ery kosmicznej. Nasze rozumienie zórz polarnych jest w ogromnej mierze rezultatem połączenia wiedzy uzyskanej w ramach misji załogowych w kosmos oraz danych i obrazów z satelitów, rakiet i obserwatoriów na ziemi. Obecne narzędzia badawcze powstają w ramach Międzynarodowego programu badania zjawisk fizycznych między Słońcem a Ziemią (ISTP). W głównej mierze zarządzane przez NASA, Europejską Agencję Kosmiczną, japoński Instytut Badań Kosmicznych i Astronautyki, to międzynarodowe przedsięwzięcie wykorzystuje sondę do badania Słońca - w tym aktywności plam słonecznych - i jego wpływu na Ziemię. Misje ISTP zbiegły się mniej więcej w czasie z cyklem słonecznym, który osiągnął maksimum w 2000 roku i przez najbliższe lata generował atmosferyczne fajerwerki.

W czasie, który spędziłem z Charlesem Deehrem nie było dużej aktywności zorzy polarnej. – Szykują się nowe – powiedział, wskazując na wykres na swoim laptopie, gdzie czerwone linie poruszały się ruchem spiralnym z centralnego punktu, jak strumienie wody ze zraszaczy ogrodowych. – Ten zraszacz to Słońce – wyjaśnił. – Na Słońcu istnieją źródła naładowanych cząstek - elektronów i jonów dodatnich, które wydzielają je z różnymi prędkościami. To rozpyla bardzo gorący zjonizowany gaz, znany jako plazma, który wieje w całej przestrzeni międzyplanetarnej i jest potocznie nazywany wiatrem słonecznym.

Zorza polarna jest aktywna gdzieś nad Ziemią w każdym momencie. Jednak jej siła i zasięg są zróżnicowane, w zależności od tego, co Słońce wysyłało w naszym kierunku w poprzednich dniach. Rozbłyski uwalniające wybuchy energii tak potężne jak miliony erupcji wulkanów oraz koronalne wyrzuty masy, które wysyłają huraganowe podmuchy o sile dziesięciu miliardów ton plazmy w przestrzeń kosmiczną, pojawiają się częściej podczas aktywnych części cyklu słonecznego.

Słońce, jak Ziemia i większość planet, to ogromny magnes, z własnym polem siłowym, którego zasięg rozciąga się daleko poza samą gwiazdę. Zostaje ono skręcone w spiralę przez obroty Słońca, a w niej cząstki wiatru słonecznego poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego, które kierują ich ruchami. Przyciągająca wzrok grafika komputerowa, którą pokazał mi Deehr, była próbą modelowania ścieżki tej energii płynącej od Słońca do Ziemi i dalej.

Magneto-ogon

Kiedy cząsteczki zbliżają się do Ziemi, uderzają w krawędź magnetycznej osłony naszej planety - magnetosfery. Odbity przez magnetosferę wiatr słoneczny okrąża Ziemię i, jak woda drążąca skałę, wbija się ponownie po stronie nocnej, ściskając magnetosferę i wydłużając ją do kształtu przypominającego ogon komety. Po stronie dziennej, magnetosfera rośnie, gdy wiatr słoneczny jest lekki i kurczy się w czasie słonecznej wichury.

Naładowane cząstki wciągnięte w „magneto-ogon”, który potrafi rozciągać się na miliony kilometrów, mogą być wysłane pędem ponownie w kierunku Ziemi. Następnie, na wiele różnych możliwych sposobów, jeszcze nie w pełni zrozumiałych, część cząsteczek w końcu dostaje się do górnych warstw atmosfery nad rejonami polarnymi, czyli w miejscach, gdzie ochronna warstwa magnetyczna naszej planety jest najbardziej otwarta na kosmos.

Światło zorzy pochodzi głównie z elektronów uderzających w atomy tlenu i azotu oraz w cząsteczki w górnych warstwach atmosfery, czyli z tego samego zjawiska, które odpowiada za działanie lampy neonowej. Jednak światło zorzy polarnej sięga do wysokości 965 kilometrów, ciągnie się przez tysiące kilometrów i wiąże się z działaniem magnetosferycznego generatora prądu dającego trzy miliony megawatów lub więcej - to około cztery razy więcej energii elektrycznej niż Stany Zjednoczone zużywają w letnim szczycie.

Zapytałem Deehra o moje szanse na zobaczenie zorzy mojej ostatniej nocy w Fairbanks. Nacisnął kilka klawiszy. – Tutaj widać nakładające się szybkie i wolne cząsteczki. Kiedy nakreślimy to, co naszym zdaniem będzie się działo, nasz model mówi, że istnieje szansa na pewien wzrost aktywności zorzy polarnej później w ciągu dnia – stwierdził.

Mimo to, do mojego wyjazdu nie było mi dane zobaczyć zorzy polarnej. Przypomniałem sobie, co Deehr powiedział o ich prognozowaniu: „Nie ma żadnych gwarancji. Wciąż jesteśmy ze sto lat za meteorologami - jest tak źle, albo dobrze, zależy jak na to spojrzeć.”

W ciągu ostatnich kilku lat pojęcie pogody w przestrzeni kosmicznej stało się terminem zbiorczym, obejmującym erupcje słoneczne, wariacje w wietrze słonecznym i zmiany w magnetosferze, które mogą z kolei mieć wpływ na atmosferę Ziemi, tworząc zorze polarne. Część niepewności w przygotowaniu prognozy pogody kosmicznej leży w trudności z powiązaniem zdarzeń w jednej części tego rozległego systemu - na przykład na Słońcu - do późniejszego zdarzenia na Ziemi, takiego jak pojawienie się zorzy polarnej. „Wiele może się zdarzyć na przestrzeni 150 milionów kilometrów” jak ujął to jeden z fizyków zajmujących się przestrzenią kosmiczną. Naukowcy z Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard w Greenbelt w stanie Maryland są częścią międzynarodowego zespołu, będącego w awangardzie badań nad zorzami i zależnościami między Słońcem a Ziemią.

Soczewka całego kosmosu

– Jednym z najważniejszych aspektów zórz polarnych jest to, że regiony polarne leżą w miejscach największej koncentracji linii pola magnetycznego – zaczął Mario Acuna kiedy staliśmy na chodniku z widokiem na ogromną halę do testowania sprzętu kosmicznego. Acuna, który urodził się w Argentynie i nadal mówi w ciepłym barytonem z lekkim akcentem, jest weteranem misji naukowych NASA, jako że pracuje tam od pierwszych dni satelitów. – Na niewielkim obszarze można obserwować, co dzieje się na gigantycznej przestrzeni kosmosu. Złożoność polega na tym, jak połączyć fenomen zorzy z innymi zjawiskami, które mają miejsce w innych częściach magnetosfery – wytłumaczył.

Aby zrozumieć cały układ, wyjaśniał, trzeba, jak przy prognozowaniu pogody, mieć wystarczająco dużo instrumentów w kluczowych miejscach, by zrozumieć przyczynę i skutek - skąd pochodzi energia, jak zostanie przekształcona i gdzie skończy. – Taka strategia leży u podstaw współczesnej mnogości satelitów – powiedział. – Działania dotyczą czterech kluczowych obszarów. Wyniki już pociągnęły za sobą istotne zmiany w myśleniu.

Jednym z osiągnięć było, gdy statek kosmiczny ISTP Polar (pod kontrolą NASA i pracujący po słonecznej stronie Ziemi) i japoński satelita Geotail (pracujący w magneto-ogonie po stronie nocnej) dokonali pierwszych bezpośrednich obserwacji kluczowego połączenia między polami magnetycznymi Słońca i Ziemi. Nazywane ponownym połączeniem, jest ważnym ogniwem w procesie transformacji energii, które pozwala energii wiatru słonecznego na wniknięcie w magnetyczny kokon Ziemi, prowadząc do tworzenia się zórz polarnych.

Kolejnym przełomem wynikającym z badań Polar jest stwierdzenie, że fale energii płynące wzdłuż linii pola magnetycznego z prędkością ponad 9 600 kilometrów na sekundę stają się bardziej intensywne, gdy linie te zbiegają się w pobliżu Ziemi. To fale Alfvéna (nazwane na cześć Hannesa Alfvéna, szwedzkiego fizyka i laureata nagrody Nobla, który odkrył ich istnienie) i wydają się być źródłem spektaklu zorzy polarnej, ponieważ przyśpieszają spadanie cząsteczek z kosmosu. Tak to przynajmniej wygląda w zarysie. Jednak co jest odpowiedzialne za efekt końcowy i klasyczne wzory zorzy - zasłony, załamania i promienie - nadal czeka na wyjaśnienie.

Z głową szumiącą od pomysłów astrofizyków, musiałem ponownie zobaczyć zorzę i poczuć emocje, które może wzbudzać. Yellowknife to stolica kanadyjskich Terytoriów Północno-zachodnich i główny kierunek dla turystów szukających zórz polarnych. W zeszłym roku przybyło tam w tym celu około 12 tys. osób - wyprawa dla prawdziwie oddanych do tak mroźnego miejsca.

Raven Tours, najstarsze z biur zajmujących się zorzami polarnymi, zostało założone w 1981 roku przez Billa Taita. Choć sam Tait był daleko w Japonii, gdzie promował swój biznes, Jared Minty, żywiołowy, młody zastępca dyrektora udzielił mi niezbędnych informacji. – W naszym aktualnym sezonie wycieczkowym na zorze polarne, trwającym od połowy listopada do połowy kwietnia, spodziewamy się ponad 9000 klientów – powiedział radośnie. – Pozostali z największych operatorów również będą mieli kilka tysięcy. Prawie wszyscy z nich to Japończycy.

Przystanek Alaska

Obserwowałem japoński entuzjazm dla zórz tamtej nocy nad Prelude Lake, kilkanaście kilometrów od miasta. Z każdą nową serią niebiańskiej choreografii, grupy osób wiwatowały i klaskały, a niektóre z kobiet krzyczały piskliwym głosem. Japońska pasja dla zórz polarnych nasiliła się w latach dziewięćdziesiątych XX wieku. Wystarczy zapytać przeciętnego mieszkańca Yellowknife, jak ja to zrobiłem przy kuflu piwa w barze Raven, a wielu powie, że Japończycy wierzą, że spłodzenie dziecka przy dobrej zorzy polarnej zwiększa szanse na utalentowane potomstwo.

Przekonanie to mogło mieć swój początek w kwietniu 1992 roku po jednym z odcinków "Przystanku Alaska", serialu dziejącego się w małym miasteczku na Alasce, a kręconego w stanie Waszyngton. W nim, w momencie gdy pojawia się zorza polarna, grupa japońskich turystów udaje się w pośpiechu do swoich pokoi, z nadzieją, że poszczęści im się pod światłami północy.

– Jak oni mogą mówić coś takiego o nas? – zapytała Yukiko Suzuki. Yukiko, która jest z Tokuyama w zachodniej Japonii, znalazła związaną z zorzą pracę na zimę w Yellowknife. – W Japonii nie możemy oglądać zorzy polarnej, ale wiemy jakie to piękne i niesamowite – dodała. – To dlatego przyjeżdżają tu turyści.

Don Morin, w połowie z plemienia Chipewyan, w połowie z Cree, były premier Terytoriów północno-zachodnich, zasugerował mi spojrzenie na zorze w inny sposób. – Wiele z pierwotnych ludów Ameryki Północnej ma lecznicze zwierzęta – powiedział mi pewnej nocy, gdy siedzieliśmy w wielkim tipi w Aurora Village, ustawionym przez jego rodzinę, aby turyści mieli możliwość posmakowania plemiennego życia oprócz możliwości oglądania zorzy polarnej.

Świętość zorzy

– Kiedy umierasz, wcielasz się w ducha zwierzęcia. To jest kolejny przystanek – wytłumaczył. Dla ludzi Morina, życie duchowe po śmierci jest procesem dwuetapowym. – Gdy umierasz po raz drugi, kończysz jako tańczący duch - to duch zorzy polarnej. Gdy byliśmy dziećmi, mówiono nam, że trzeba być cicho, kiedy zorza się pojawia. Nie chcesz denerwować duchów na niebie wzywając je, by podeszły bliżej – dodał.

– Zawsze były dla nas święte – podkreśliła Suzan Marie, kobieta z plemion Déné-Chipewyan i Cree z regionu South Slave – ale, oczywiście, gdy starsi mówili nam byśmy nie gwizdali na światła, my, jak to dzieci, musieliśmy się przekonać, czy to rzeczywiście prawda. Wiedzieliśmy, że nie powinniśmy tego robić, więc jak już naprawdę zaczynały się ruszać, oblatywał nas strach i nie zostawaliśmy na dworze zbyt długo.

Co też, jak w przypadku wielu opowieści, było po prostu rozsądnym postępowaniem, które często uzupełnia duchowe spojrzenie na świat.

W Norwegii spotkałem w Obserwatorium Zorzy Polarnej w Tromsø człowieka, którego poglądy łączą przeciwstawne opinie o zorzach. Asgeir Brekke to fizyk zajmujący się badaniem zórz polarnych od ponad trzech lat, ale też i ekspert od tradycji i legend z nimi związanymi. Na ścianie w jego gabinetu wisi intrygujący zbiór obrazów, od stacji radarowych po postaci z mitologii nordyckiej. Brekke to obdarzony łagodnym głosem mężczyzna o szpakowatych włosach. Kiedy rozmawialiśmy, poruszył temat obrazów śmierci i życia, które przewijają się w opowieściach o zorzach w różnych kulturach - nawiązania do duchów i walk między siłami nadprzyrodzonymi na niebie.

– Myślę, że dla wielu osób to zjawisko było przerażające, ale niektóre dzielne jednostki miały swoje własne przemyślenia na ten temat – stwierdził. Wspomniał o Norwegu, który w około 1250 roku zaproponował racjonalnie brzmiące wyjaśnienia zorzy polarnej. Jednym z nich było, że lód Grenlandii pochłonął tyle mocy, że mógł rozświetlić promienie zorzy. W podobny sposób, dodał, inni Skandynawowie zastanawiali się, czy światła nie były przypadkiem odbiciem od morza, a nawet od lśniących łusek ogromnych ławic śledzi.

Brekke wrócił potem do naukowego podejścia. – Obecne eksperymenty z satelitami i te fascynujące zdjęcia pokazujące pierścień zorzy wokół bieguna są fantastycznym osiągnięciem – podsumował. – Czuję, że zorza polarna tworzy więź między nauką i sztuką. Choć będąc naukowcem, należy pozostać w pewnym stopniu obiektywnym, będąc artystą, czerpie się z nich inspirację.

We współpracy z Dagfinnem Bakke, artystą z Lofotów, Brekke opracował książkę z akwarelami, opisami naukowymi, ludowymi baśniami i poezją, aby pokazać, jak ludzie w Norwegii byli związani z zorzami na przestrzeni wieków. Teraz już rozumiem, że jego entuzjazm dla zórz polarnych jest częścią więzi łączącej ludzi, którzy żyją pod nimi i tych, którzy badają je z daleka. Zakończył nasze spotkanie, czytając wiersze o zorzach, co w tym momencie pasowało jak ulał.

Poezja i nauka o kosmosie? Oczywiście, że jest między nimi związek. Wystarczy spojrzeć w górę, gdy niebiosa zaczynają tańczyć.

1 z 1

auroras-heavenly-lights_8904_600x450

Magicznie różnorodne kształty i kolory tańczą na niebie, gdy wiatr słoneczny napiera na pole magnetyczne Ziemi. Gdy zorza osiągnęła apogeum, w późnych latach osiemdziesiątych XX wieku, spektakle nad Churchill w prowincji Manitoba wzbogacone były o zieloną wstęgę i różową kurtynę. Zdjęcie: Norbert Rosing