Crveni luk (SAR)

Piše: Marko Posavec

Crveni luk blijedi je pojas crvenog žara koji se pojavljuje tijekom geomagnetskih oluja, često zajedno s polarnom svjetlošću. Nastaje pobuđivanjem kisikovih atoma u visokoj atmosferi prijenosom energije iz prstenaste struje čestica oko našeg planeta. Izgleda kao aurora, ali zapravo nije aurora.

Naziv na engleskom: Stable auroral red (SAR) arc

Crveni luk (SAR) snimljen iz Koprivnice 5. studenog 2023.
Crveni luk (SAR) snimljen iz Koprivnice odmah nakon velike predstave polarne svjetlosti 5. studenoga 2023. Snimio Marko Posavec.

Crveni luk jedna je od onih egzotičnih pojava kojima su se donedavno bavili samo znanstvenici. To je slabašan crveni sjaj, uglavnom nevidljiv golim okom. Moderni fotoaparati lako ga mogu zabilježiti. Pruža se u neprekinutoj vrpci od istoka prema zapadu. Za razliku od polarne svjetlosti, crveni luk je jednoličan, bez vidljivih zavjesa i struktura. Suprotno njegovom izvornom nazivu (stable auroral red arc), s vremenom se ispostavilo da zapravo nije aurora niti je posebno stabilan. Kako u hrvatskoj literaturi još nema ime (koliko mi je poznato), nazovimo ga riječima koje su iz izvornog naziva preostale kao točne: crveni luk.

Kako nastaje crveni luk

Crveni lukovi otkriveni su 1956. godine, u osvit svemirskog doba. To je posljedica toga što gotovo nikada nisu vidljivi golim okom. Njihova svjetlost je slaba, difuzna i, premda se može protegnuti preko većeg dijela neba, teško uočljiva. Za razliku od polarne svjetlosti, često se vide južnije, sa srednjih zemljopisnih širina. Zapravo bismo ih iz Hrvatske trebali moći snimiti češće od same aurore. No, blijedi su pa su do sada uglavnom prolazili nezapaženo. Zanemarimo li satelite i druge specijalizirane instrumente, prva fotografija crvenog luka iz Europe nastala je tek 2011. (izvor)

Pojava crvenih lukova usko je vezana uz polarnu svjetlost. Oboje nastaju u uvjetima jakih poremećaja u Zemljinom magnetskom polju. Polarnu svjetlost uzrokuju nabijene čestice Sunčevih izbačaja mase koje, vođene magnetskim silnicama, poput pljuska upadaju u atmosferu oko polova. Tamo pobuđuju atome kisika i dušika koji pri povratku u redovno stanje emitiraju svjetlost. No, nastanak crvenog luka je drugačiji.

Crveni luk (SAR) snimljen objektivom riblje oko
Crveni luk (SAR) jasno je vidljiv na ovoj fotografiji snimljenoj fisheye objektivom. Snimila Dunja Lukavečki, Koprivnica, 5. 11. 2023.

Prstenasta struja

Kada Sunčeva oluja zaspe Zemljino magnetsko polje nabijenim česticama, u njega ubaci i veliku količinu energije. Dio te energije završi u prstenastoj struji ionskih čestica visokih energija koja opasava Zemlju. Uglavnom je na udaljenosti od otprilike 3 do 4 Zemljina polumjera, no može biti i do 8. Nalazi se u ravnini ekvatora, sjeverni i južni rubovi pružaju joj se do srednjih zemljopisnih širina i struji u smjeru kazaljke na satu (gledano sa sjevera). Za vrijeme jakih geomagnetskih oluja, velika toplinska energija prelijeva se iz prstenaste struje u visoku atmosferu. Tamo pobuđuje atome kisika koji emitiraju prepoznatljivu crvenu svjetlost*.

Ovo je vrlo laičko objašnjenje. Za nešto preciznije obratite se obližnjem geofizičaru, po mogućnosti specijaliziranom za geomagnetizam. Inače, u točnom procesu nastanka crvenog luka još ima dosta nepoznanica.

Ilustracija prstenaste struje oko Zemlje
Ilustracija prstenaste struje oko Zemlje. Kada nema geomagnetskih oluja (lijevo), prstenastu struju čine visokoenergetski protoni koji nose značajan električni naboj oko Zemlje. U uvjetima geomagnetske oluje, novi niskoenergetski protoni ulaze u Zemljinu magnetosferu i pojačavaju prstenastu struju. Izvor: Johns Hopkins APL.

To curenje energije traje dulje vrijeme, nije impulzivno poput aurore. Ako polarnu svjetlost zamislimo kao jak ljetni pljusak nabijenih čestica, onda je crveni luk više nalik laganoj jesenskoj kiši. Zbog toga može dugo potrajati; ponekad se vidi i sljedeće noći. Crveni lukovi pojavljuju se istovremeno na sjevernoj i južnoj polutci, na visinama između 300 i 500 kilometara. Klasična aurora uglavnom je niže od toga.

Slabo su vidljivi zbog toga što je emisija svjetlosti rijetkih atoma na tim visinama slaba. Uz to, kisikovi atomi emitiraju čistu, gotovo monokromatsku crvenu svjetlost na valnoj duljini od 6300 angstroma, na koju je ljudsko oko manje osjetljivo.

STEVE

U posljednjih nekoliko godina postalo je jasno da je crveni luk blisko povezan s drugim zanimljivim fenomenom, nazvanim STEVE. To je skraćenica od strong thermal emission velocity enhancement i ako vam se zavrtjelo u glavi od toga, sasvim je razumljivo*. Kao i crveni luk, STEVE je također manifestacija velikih toplinskih i kinetičkih energija u visokoj atmosferi tijekom geomagnetske oluje. 2015. godine prvi je put dokazano da su ta dva fenomena izravno povezana, kada je iznad Novog Zelanda snimljen crveni luk koji se pretvara u STEVE.

Doduše, kratica je ono što Amerikanci zovu backronym. Kad su fotografi prvi put primijetili STEVE na fotografijama, nitko nije bio baš siguran o čemu se radi. Chris Ratzlaff nazvao ga je Steve. Ako nepoznatoj pojavi damo obično ime, ona postaje manje neobična (inspiracija). Poslije su znanstvenici to prihvatili i izmislili frazu koja bi odgovarala akronimu.

STEVE, koliko je autoru poznato, još nije snimljen iz Hrvatske. Izgleda kao sjajna ljubičasto-bijelo-zelenkasta vrpca. Riječ je o pojasu vruće plazme na visini od oko 450 kilometara. Sam po sebi nije nešto osobito rijedak, ali tek je nedavno postao predmet ozbiljnijeg istraživanja.

→ Više o STEVE-u na Space.com

Razlike između crvenog luka i polarne svjetlosti

Kao što je ranije rečeno, crveni luk obično se pruža južnije od same aurore. Budući da prstenasta struja opisuje… pa, prsten oko Zemlje, crveni luk kao da opisuje prsten oko auroralnog ovala. Zbog toga se češće pojavljuje iznad srednjih zemljopisnih širina, i kada se sama aurora odande ne vidi.

Osim toga, i fizički se nalazi na većoj visini od aurore. Obična polarna svjetlost uglavnom se pruža do nekih 300 – 400 kilometara iznad tla. Crveni luk je u prosjeku od 450 kilometara naviše. Ovi brojevi nisu strogo zadani i te visine ovise o uvjetima u geomagnetskoj oluji. Budući da su crveni lukovi više, a i južnije, logično je da se vide na većim udaljenostima. Kao u ovom nedavnom slučaju iz Kalifornije.

Kako prepoznati je li na fotografiji polarna svjetlost ili crveni luk?

  • Crveni lukovi u pravilu nemaju nikakvu strukturu, samo jednoličan žar. Aurora često ima jasno vidljive okomite “zavjese” ili vodoravne “pojaseve”.
  • Isključivo su jednobojni, dakle crveni. Gledana iz naših krajeva, aurora može pri dnu biti zelena. No nekad je i sasvim crvena pa ovo nije isključivi kriterij.
  • Aurora se naočigled mijenja i kreće. Crveni lukovi nisu sasvim statični, ali njihov se položaj mijenja tijekom duljeg vremena, recimo satima.
Polarna svjetlost i crveni luk iznad nje
Crveni luk slabijeg je sjaja od aurore i nalazi se više na nebu, bilo zbog toga što je bliže promatraču ili je fizički na većoj visini – ili oboje. Snimio Boris Štromar sa Sljemena, 5. 11. 2023.

Više informacija

Surprise: Some Red Auroras are not Auroras, Dr. Tony Philips, spaceweather.com, 2021.
NASA’s Van Allen Probes Reveal Long-term Behavior of Earth’s Ring Current, Susannah Darling, NASA, 2016.
A stable auroral red arc over Europe, Mendillo i dr., Astronomy & Geophysics, 2012.
A stable auroral red (SAR) arc with multiple emission features, Mendillo i dr., JGR Space Physics, 2016.
From SAR Arc to STEVE: An Atmospheric Evolution, Alexandra K. Scammell, Eos, 2022.
Rainbow of the Night: First Direct Observation of a SAR Arc Evolving Into STEVE, Martinis i dr., Geophysical Research Letters, 2022.
New Insight Into the Transition From a SAR Arc to STEVE, Gillies i dr., Geophysical Research Letters, 2023.
SAR arcs we have seen: Evidence for variability in stable auroral red arcs, Mendillo i dr., JGR Space Physics, 2015.
High-altitude energy source(s) for stable auroral red arcs, Kozyra i dr., Reviews of Geophysics, 1997.