Występowanie
Większość zórz polarnych występuje w paśmie znanym jako „strefa zorzy polarnej” [4], która zazwyczaj ma szerokość od 3 ° do 6 ° i od 10 ° do 20 ° od biegunów geomagnetycznych we wszystkich lokalnych czasach (lub długościach geograficznych), najwyraźniej widziane w nocy na ciemnym niebie. Region, w którym obecnie występuje zorza polarna, nazywany jest „owalem zorzy polarnej”, pasmem przemieszczonym przez wiatr słoneczny w kierunku nocnej strony Ziemi. [5] Wczesne dowody na powiązanie geomagnetyczne pochodzą ze statystyk obserwacji zorzy polarnej. Elias Loomis (1860), [6], a później Hermann Fritz (1881) [7] i Sophus Tromholt (1881) [8] ustalili bardziej szczegółowo, że zorza pojawiała się głównie w strefie zorzy polarnej. Codzienne pozycje owali zorzy polarnej są publikowane w Internecie. [9]
Na północnych szerokościach geograficznych efekt ten znany jest jako zorza polarna lub zorza polarna. Poprzedni termin został ukuty przez Galileusza w 1619 r., Od rzymskiej bogini świtu i greckiego imienia północnego wiatru. [10] [11] Południowy odpowiednik, aurora australis lub południowe światła, ma cechy prawie identyczne jak zorza polarna i zmienia się jednocześnie ze zmianami w północnej strefie zorzy polarnej. [12] Aurora australis jest widoczna z wysokich południowych szerokości geograficznych Antarktydy, Chile, Argentyny, Nowej Zelandii i Australii.
Burza geomagnetyczna powoduje rozszerzanie się owali zorzy polarnej (na północy i południu), przenosząc zorzę na niższe szerokości geograficzne. Chwilowe rozmieszczenie zórz polarnych („owal zorzy polarnej”) [4] jest nieco inne, ponieważ jest wyśrodkowane około 3-5 ° w kierunku nocy od bieguna magnetycznego, tak że łuki zorzy sięgają najdalej w kierunku równika, gdy dany biegun magnetyczny znajduje się pomiędzy obserwator i Słońce. Zorzę polarną najlepiej widać w tym czasie, który nazywamy północą magnetyczną.
Zorze polarne widziane w owalu zorzy polarnej mogą znajdować się bezpośrednio nad głową, ale z dalszej odległości oświetlają polewy horyzont jako zielonkawą poświatę lub czasami słabo czerwoną, jakby Słońce wschodziło z nietypowego kierunku. Zorze polarne pojawiają się również na polewie zorzy polarnej w postaci rozproszonych plam lub łuków [13], które mogą być podwidzalne.
Zorze polarne są czasami widoczne na szerokościach geograficznych poniżej strefy zorzy polarnej, kiedy burza geomagnetyczna tymczasowo powiększa owal zorzy polarnej. Duże burze geomagnetyczne występują najczęściej podczas szczytu 11-letniego cyklu plam słonecznych lub w ciągu trzech lat po szczycie. [14] [15] Elektron wiruje (wiruje) wokół linii pola pod kątem określonym przez jego wektory prędkości, odpowiednio równoległe i prostopadłe do lokalnego wektora B pola geomagnetycznego. Ten kąt jest znany jako „kąt nachylenia” cząstki. Odległość lub promień elektronu od linii pola w dowolnym momencie nazywana jest jego promieniem Larmora. Kąt nachylenia zwiększa się, gdy elektron przemieszcza się do obszaru o większym natężeniu pola, bliżej atmosfery. W związku z tym możliwe jest, że niektóre cząstki powrócą lub odbijają się, jeśli kąt osiągnie 90 ° przed wejściem do atmosfery, aby zderzyć się z tam gęstszymi cząsteczkami. Inne cząstki, które nie są lustrzanymi odbiciami, przedostają się do atmosfery i przyczyniają się do wyświetlania zorzy polarnej na różnych wysokościach. Inne rodzaje zorzy polarnej obserwowano z kosmosu, np. „Łuki biegunowe” rozciągające się w kierunku słońca przez czapę polarną, związane z nimi „theta aurora” [16] i „łuki dzienne” w okolicach południa. Są one stosunkowo rzadkie i słabo rozumiane. Występują inne interesujące efekty, takie jak migotanie zorzy polarnej, „czarna zorza” i podwidoczne czerwone łuki. Do tego wszystkiego słaba poświata (często ciemnoczerwona) obserwowana wokół dwóch polarnych guzków, linie pola oddzielające te, które zamykają się przez Ziemię, od tych, które są wciągane w ogon i zamykają się zdalnie.