Hvernig verða litir norðurljósa til?

Litir norðurljósa verða til þegar rafhlaðnar agnir (rafeindir) sólvindsins koma inn í lofthjúp Jarðar og rekast þar á atóm og sameindir. Þetta sýna litrófsrannsóknir. Neonljós verður til á sambærilegan hátt. Litadýrðin verður mest þegar kröftugar norðurljósahviður standa yfir.

Við árekstra við rafhlaðnar agnir eykst orkan í efnunum sem þá örvast eða jónast. Þegar þau „slaka á“ aftur losnar viðbótarorkan sem ljós, norðurljós. Litirnir ráðast af því hvaða efni örvast og í hvaða hæð andrúmsloftinu.

Algengustu litirnir eru:

• Fjólublá/fjólubleik: Nitursameindir (N2) í undir 95 km hæð, háorkujónun (470 nm (blá) og 600-700 nm (rauðar) bylgjulengdir blandast saman)
• Græn/gulgræn: Súrefnissameindir (O2) í um 100-150 km hæð, háorkujónun (557,7 nm bylgjulengd)
• Rauð/rauðbleik: Súrefnisatóm (O) í meira en 150 km hæð, lágorkujónun (630 nm bylgjulengd)

Norðurljós verða til í jónahvolfinu þar sem loftið er örþunnt og er því sem næst tómarúm þar sem efstu litirnir verða til. Í tilviki græna litsins tekur jónunarferlið örskamma stund, aðeins um 0,7 sekúndur. Í tilviki rauða litsins, sem verður til við orkuminni örvun eða jónun, tekur ferlið nærri 2 mínútur.

Fjólublá og bleik norðurljós

Hæð: ~95 km, örvaðar nitursameindir

Norðurljós sýnast fjólublá eða jafnvel bleik þegar nitursameindir örvast og bláir og rauðir litir þess blandast saman. Þetta sést best neðst í eða undir grænum norðurljósum í kröftugum hviðum. Örvað nitur getur líka framkallað skarlatsrauð norðurljós, þá alltaf undir græna litnum.

Græn norðurljós

Hæð: 95-150 km, örvaðar súrefnissameindir

Græni liturinn er algengastur. Við sjóndeildarhringinn getur græni liturinn sýnst gulgrænn. Liturinn hefur þá breyst vegna ljósdreifingar í andrúmsloftinu á svipaðan hátt og sólsetrið er rauðleitt.

Rauð og rauðbleik norðurljós

Hæð: Yfir 150 km, örvuð súrefnisatóm

Rauði eða rauðbleiki liturinn birtist einkum þegar kröftugir sólstormar geysa. Liturinn getur verið mjög áberandi og tilkomumikill en er oftast nær ósýnilegur með berum augum.

Blá norðurljós

Norðurljós geta verið bláleit rétt fyrir neðan græna litinn en þau eru gjarnan dauf. Þá getur blár litur birst efst í norðurljósageislum og stafar þá af útfjólubláu sólarljósi sem jónar nitrið. Slík norðurljós sjást best skömmu eftir sólasetur eða rétt fyrir sólarupprás þegar norðurljósageislar teygja sig hátt upp fyrir skugga Jarðar og inn í sólarljósið. Augað er ekki mjög næmt fyrir þessum bjarma og kemur liturinn því best fram á myndum.

Sólarlýsti blái liturinn sést vel á myndinni hér undir, efst í norðurljósaboganum.

Hvers vegna eru norðurljós oftast grágræn?

Á næturnar er mannsaugað því sem næst litblint, nema ljósgjafinn sé þeim mun bjartari. Augað er næmast fyrir grænum lit en þegar norðurljósin eru dauf virka þau gráleit eða grágræn.

Þegar norðurljósahviða stendur yfir verða norðurljósin loksins nægilega björt til að örva keilurnar, litnemana í augum okkar. Þá sjáum við fyrst vel litina með berum augum. Oft virkar græni liturinn silfurgrænn.

Mannsaugað er mun ónæmara fyrir rauðum og fjólubláum lit en grænum. Þess vegna er rauði liturinn oftast grár fyrir okkur þótt hann komi vel fram á myndum. Þegar norðurljósahviður verða hve öflugasta sést rauðbleiki liturinn vel, sem og sá fjólublái.

Af hverju virka norðurljós oft rauðleit á myndum frá suðlægri stöðum?

Þegar kröftugir segulstormar (sólstormar) geysa stækkar norðurljósasveigurinn og færist sunnar á hnöttinn. Það sama gerist vitaskuld á suðurhveli þar sem suðurljósasveigurinn færist norður. Hamagangurinn er meiri og norðurljósin geta orðið litríkari.

Vegna sveigju jarðbungunnar sjást fyrst og fremst hæstu norðurljósin, þau rauðu, frá suðlægari slóðum. Þess vegna virka norðurljósin oft rauð á myndum frá lægri breiddargráðum.

Geta norðurljós verið hvít?

Engin efni í andrúmsloftinu geta myndað hvít norðurljós. Í mjög björtum norðurljósum getur komið fyrir að rauður, grænn og blár litur blandist saman svo að ljósið sýnist gult eða hvítt.

Á samfélagsmiðlum gagna reglulega myndir sem eiga að sýna hvít norðurljós. Þær eru allar misvísandi og búnar til með lélegri gervigreind.

Hvenær má búast við litríkum norðurljósum?

Orkuríkari og þéttari sólvindur veldur litríkari norðurljósum. Þegar sólvindur er hraður (meira en 500 km/s), þéttleikinn hár (meiri en 5 róteindir á rúmsentímetra), segulssviðsstykurinn hár (hærri en 10 nanóTesla) og segulsviðsstefnan (Bz) lág (lægri en -5 nT) má búast við litríkari norðurljósum. Þessar aðstæður myndast gjarnan þegar kröftug hjúp-kórónugos (e. Halo CME) skella á Jörðinni en sjaldnar þegar um hraðfleygan sólvind úr kórónugeil er að ræða.