Σέλας

Σέλας εμφανίζεται στις πολικές περιοχές όλων των πλανητών με ενδογενές μαγνητικό πεδίο. Προέρχεται από τη διείσδυση φορτισμένων σωματιδίων του ηλιακού ανέμου, κατά μήκος μαγνητικών δυναμικών γραμμών μιας ωοειδούς ή δακτυλιοειδούς δομής. Το κέντρο της δομής αυτής βρίσκεται κοντά στους γεωμαγνητικούς πόλους (σελαϊκή ζώνη-auroral oval). Σε σχέση με τη φύση των σωματιδίων, πρόκειται (κυρίως) για ηλεκτρόνια και πρωτόνια των ανώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας της Γης, τα οποία δεν εκτρεπόνται από το μαγνητικό της πεδίο. Διεγείρουν κυρίως ατμοσφαιρικά άτομα O₂ και N₂, που αποδιεγειρόμενα εκπέμπουν ακτινοβολία (οπτική, υπέρυθρη, υπεριώδη και ακτίνες Χ).

Η πρώτη παρατήρηση του σέλαος 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».

Νότιο σέλας στις 6 Μαΐου 1991. Η εκπομπή φωτός, πράσινου-μπλε σε ύψος 100-250 km και κόκκινου σε ύψος έως και 500 km, οφείλεται σε ιονισμένα άτομα οξυγόνου (Πηγή: NASA/Johnson Space Center/Earth Sciences and Image Analysis Laboratory).

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.

(Πηγή: NASA)

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. 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).

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)

Κατά τη δημιουργία γεωμαγνητικής υποκαταιγίδας, παρατηρούνται χαρακτηριστικές μεταβολές σέλαος. 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.

Βόρειο και νότιο σέλας στον Δία (Πηγή: AURA/STScI/NASA/JPL)

Η αλληλουχία των μεταβολών του σέλαος ως αποτέλεσμα γεωμαγνητικής υποκαταιγίδας ονομάζεται και σελαϊκή υποκαταιγίδα. Κατά τη διάρκεια μιας σελαϊκής υποκαταιγίδας, προκαλούνται έντονες διαταραχές του γεωμαγνητικού πεδίου από ηλεκτρικά ρεύματα που συνοδεύουν το σέλας. Οι διαταραχές του μαγνητικού πεδίου είναι 200-2000 nT, διαρκούν 1-3 ώρες και είναι πιο έντονες σε μεγάλα γεωμαγνητικά πλάτη. Τα ηλεκτρόνια του ηλιακού ανέμου επιταχύνονται σε μεγάλες ενέργειες από ηλεκτρομαγνητικά πεδία κατά τη διάρκεια μαγνητικών καταιγίδων.

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.

________________________________________________________________

Το άρθρο δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά στις 27/3/2020
________________________________________________________________

Πηγές
⋅Αλυσσανδράκης Κ.Ε., Νίντος Α. και Πατσουράκος Σ., Φυσική του Ήλιου και του Διαστήματος
(Εκδόσεις Κάλλιππος, Ιωάννινα, 2015)
⋅https://el.wikipedia.org/wiki/Σέλας
⋅https://www.britannica.com/science/aurora-atmospheric-phenomenon
⋅https://www.britannica.com/story/what-causes-the-northern-and-southern-lights