Noorderlicht: wat, hoe, waar en wanneer?

Noorderlicht

                      Copyright Ruben Weytjens - juni 2012


1. Wat is noorderlicht?

Het noorderlicht ontstaat wanneer geladen deeltjes, afkomstig van de zon, in onze aardse atmosfeer in botsing komen met zuurstof- en stikstofatomen. Bij die botsingen komt energie vrij onder de vorm van licht (fotonen). Wanneer er genoeg dergelijke botsingen plaatsvinden wordt dat licht zichtbaar voor het blote oog en zien we dus het noorderlicht.
We spreken van "noorder"licht omdat de meeste geladen deeltjes door het magneetveld rond de Aarde naar de polen geleid worden. In het noordelijk halfrond is dat dus de noordpool, in het zuidelijk halfrond uiteraard de zuidpool. Aan de andere kant van de Aarde treedt inderdaad precies hetzelfde effect op, wat daar dus het zuiderlicht veroorzaakt.


Naarmate het magneetveld rond de Aarde sterker verstoord wordt kan het poollicht zich uitbreiden tot ver verwijderd van de polen.
Zo maken we in zeldzame gevallen ook in België en Nederland kans om het noorderlicht waar te nemen.

 

 

2. Kan noorderlicht voorspeld worden?

De Zon draait in ongeveer 27 dagen om haar as en stuurt continue stroom van geladen deeltjes in alle richtingen de ruimte in, de zonnewind. Een fractie van die wind beukt dus ook continu op onze Aarde in. Op de Zon kunnen zich echter actieve gebieden bevinden van waaruit een verhoogde zonnewind kan uitgaan. Deze gebieden draaien dus mee aan het oppervlak van de Zon, aan een snelheid van 1 omwenteling per 27 dagen. Op een zeker moment kunnen die gebieden zich dus in een geo-effectieve positie bevinden waardoor de deeltjesstroom naar de Aarde gericht is.
De eigenschappen die de deeltjes met zich meedragen bepalen de mate waarin ons magneetveld verstoord kan worden, en daarmee dus ook de kans om noorderlicht waar te nemen.


2.1 Weken tot dagen van tevoren:

Er zijn twee bronnen van een verhoogde zonnewind die we ruim van te voren kunnen waarnemen.

2.1 Coronal hole

Een coronal hole of coronaal gat kondigt zich ruim een week voorafgaand aan de effecten van de verhoogde zonnewind op Aarde aan.

Vanuit een coronaal gat ontsnapt een constante verhoogde zonnewind, welke uiteindelijk doorgaans met een snelheid tussen 550 en 800km/sec op Aarde arriveert.
Met de huidige meetinstrumenten kunnen we zo'n gat zelfs aan de achterkant van de Zon volgen, zodat we in principe zelfs langer dan een week vooruit kunnen voorspellen wanneer het gat ongeveer in een geo-effectieve positie zal komen. Zodra een coronaal gat in geo-effectieve positie is gedraaid duurt het nog ongeveer 2,5 dagen alvorens de zonnewind op Aarde aankomt.
Een coronaal gat kan bovendien meerdere rondjes van de Zon overleven, waardoor we zelfs maanden vooruit een voorzichtige prognose kunnen stellen.

2.1.2 CME

Gebieden op de zon waar het magnetisch veld zeer sterk is noemen we actieve gebieden. In de fotosfeer (het zichtbare deel) van de Zon zien we bij intense actieve gebieden zonnevlekken. Doordat de magnetische lussen daar doorheen de fotosfeer breken worden deze gebieden iets koeler dan de omliggende gebieden. Vanwege het contrast in temperaturen zien we hier vlekken op te Zon.
Soms worden de magnetische veldlijnen zo verwrongen dat ze losbreken en herstructureren. Hierbij komt een enorme hoeveelheid energie vrij, zowel in de vorm van licht als in de versnelling van deeltjes. De lichtflits noemen we een zonnevlam.


Bij vele zonnevlammen komt er ook een plasmawolk of CME (Coronal Mass Ejection of coronale massa-ejectie) vrij. Dit is een omvangrijke wolk van geladen deeltjes die door de ruimte raast met snelheden tot 2500 km/s. Een CME draagt een sterk magnetisch veld met zich mee door de beweging van de geladen deeltjes.
Een CME doet er 1 tot 4 dagen over om de Aarde te bereiken, voornamelijk afhankelijk van zijn vertreksnelheid op de Zon maar ook door enkele (nauwelijks voorspelbare) processen die de wolk onderweg kunnen afremmen.


2.2 Minuten van tevoren:

ACE satelliet

Op ongeveer 1,5 miljoen kilometer afstand van onze Aarde bevindt zich een satelliet, ACE genaamd, welke is uitgerust met speciale meetapparatuur om de zonnewindparameters te meten.
Op basis van deze gegevens kunnen we vervolgens inschatten wat het effect zal zijn wanneer deze zonnewind ongeveer een uur later het magneetveld rond de Aarde bereikt.
Afhankelijk van de polariteit van het IMF (Interplanetair Magnetic Field) en de sterkte van het IMF zal het magneetveld meer of minder verstoord worden en meer of minder deeltjes tot onze atmosfeer laten doordringen.

De metingen door de ACE satelliet laten ons dus zien wanneer een verhoogde zonnewind, afkomstig van een coronaal gat of CME, bijna gaat arriveren. Het hangt dan nog gewoon van de snelheid van die zonnewind af hoelang het duurt om de resterende 1 miljoen kilometer te overbruggen. Bij 600km/sec duurt het nog 42 minuten, bij 1000km/sec zal de zonnewind 25 minuten later op Aarde stoten.

Voor noorderlicht ter hoogte van de poolcirkel is er echter geen coronaal gat of CME vereist. Het kan namelijk best zijn dat de richting van het IMF lang genoeg zuidelijk blijft om in een situatie met ogenschijnlijk rustig ruimteweer toch nog noorderlicht te produceren. Ook die kans valt dus in te schatten op basis van de gegevens afkomstig van de ACE-satelliet. Maar dit laat zich dus ook nooit verder dan enkele uren voordien inschatten, omdat de richting van het IMF vooralsnog onvoorspelbaar is.

2.3 Nu

Op Aarde staan heel wat zogenaamde magnetometers opgesteld, die de verstoring van het aardmagnetisch veld meten. Hoe sterker de verstoring, hoe groter de kans dat er op dat moment noorderlicht zichtbaar is aan de hemel. Op basis van deze instrumenten kunnen we dus bijvoorbeeld ook de aankomst van een zonnewind op Aarde registreren, die reeds 10 dagen van te voren verwacht kon worden door positie van een coronaal gat en die 45 minuten voordien gemeten werd door de instrumenten aan boord van de ACE satelliet.

 

 

3. Verschillende vormen van het noorderlicht

Noorderlicht is lang niet altijd even intens zichtbaar aan de hemel.
De kans dat je echt een intense show te zien krijgt in een periode van 8 of 10 dagen is relatief beperkt. Vandaar ook dat ik iedereen aanraad om reeds tevreden te zijn met een 'glimp' van het noorderlicht. Alles wat daar dan nog bovenop komt is mooi meegenomen. De kans dat je in zo'n periode helemaal niets te zien krijgt is namelijk ook aanwezig, deels afhankelijk van de weersomstandigheden.
Mijn indrukwekkendste waarneming kwam er ook pas tijdens mijn 8ste wintervakantie in Lapland. Maar al die andere waarnemingen voordien waren ook mooi, hoe zwak het licht soms ook waarneembaar was. Alleen al het besef dat je noorderlicht ziet en de wetenschap over het proces dat er achter zit om dit mogelijk te maken, maakt elke waarneming meer dan de moeite waard! Het is en blijft één van de bijzonderste natuurverschijnselen op Aarde.

3.1 Zwakke groene gloed in het noorden

Deze vorm van noorderlicht is moeilijk waar te nemen voor een niet geoefend oog. Een foto met een langere sluitertijd of hoge ISO-waarde kan echter al snel meer duidelijkheid brengen. Dit is vaak enkel te zien als er geen storende lichtbronnen, zoals de Maan, aanwezig zijn. Voorbeeld.

3.2 Duidelijke maar stabiele groene band in het noorden

Voor dit soort noorderlicht heb je een vrij zicht op het noorden nodig. Bij weinig activiteit kan zich een stabiele maar toch intense groene boog op hogere breedtes vormen. Hoe zuidelijker je je bevindt, hoe lager die boog dus aan de horizon te zien zal zijn.
Toch kan ook dit weer tot mooie taferelen leiden in het winterwonderland. Voorbeeld.

 

3.3 Groeiende band vanuit het noordwesten

Wanneer er iets meer activiteit is kan zich vanuit het noordwesten of noordoosten een groene band opbouwen, die zich via het noorden tot zelfs in het noordoosten kan uitbreiden.
Aan de bovenkant van het intensere groene licht is soms ook zwakker rood licht waar te nemen. Het rode licht komt doorgaans echter beter uit de verf op foto's.
Ook kunnen er mooie kronkels in de bogen verschijnen. Voorbeeld.


3.4 Intense bogen, kronkelend over de hele hemel, tot zelfs ten zuiden van de waarnemer

Wanneer het magneetveld rond de Aarde erg verstoord geraakt kan het noorderlicht over de volledige hemel voorkomen.
Dit is het meest spectaculaire 'dansende' noorderlicht.
Voorbeeld

3.5 Pulserend noorderlicht hoog aan de hemel

Soms kan het noorderlicht 'flikkeren'. Zoiets is nauwelijks te fotograferen omdat de intensiteit niet sterk genoeg is en het noorderlicht elke seconde ergens anders opduikt als een 'wazige vlek'. Toch is ook dit een spectaculaire vorm van poollicht.


De vorm en intensiteit van het noorderlicht is tevens afhankelijk van de locatie waar je je bevindt. Honderden kilometers verderop kan het er helemaal anders uitzien, of net helemaal niet zichtbaar zijn. Het hangt er maar net vanaf waar de meeste geladen deeltjes onze atmosfeer weten binnen te dringen.

 

4. Wanneer?

4.1 Zonnecyclus.

Het aantal zonnevlekken op de Zon varieert met een 11-jaarlijkse cyclus, de zonnecyclus. Om de 11 jaar wordt dus een nieuw maximum in gemiddeld aantal zonnevlekken bereikt. Gemiddeld, want zelfs tijdens een zogenaamd maximum kunnen er weken voorkomen met minder zonnevlekken. Net als er ook wel enkele actieve perioden kunnen voorkomen in de buurt van een minimum aantal zonnevlekken.

Hoe meer zonnevlekken, hoe meer kans op uitbarstingen onder de vorm van CME's en dus hoe meer kans op spectaculair noorderlicht.
Voornamelijk in het hoge noorden, maar in uitzonderlijke gevallen dus ook bij ons.
In principe kan je dus het vaakst spectaculair noorderlicht verwachten in periodes rond een zonnevlekkenmaximum. Momenteel (juni 2012) zitten we in de laatste rechte lijn naar zo'n maximum dat ergens in 2013 te verwachten valt. De komende 2 winters is er dus net wat meer kans op spektakel.



In tegenstelling tot gebieden nabij de polen is het bij ons in België of Nederland haast onmogelijk om noorderlicht te kunnen waarnemen zonder voorafgaande CME.
Een coronaal gat volstaat namelijk niet om het magneetveld sterk genoeg te verstoren om de deeltjes ook bij ons tot in de atmosfeer te laten doordringen.

Voor noorderlicht in de gebieden rond de poolcirkel volstaat een coronaal gat meestal wel voor een mooie show.
Bovendien bestaat er ook een cyclus voor coronale gaten, die niet gelijk loopt met de zonnecyclus. Het aantal coronale gaten is gemiddeld het hoogst in de jaren na een zonnevlekkenmaximum. Een verhoogde zonnewind die uitgaat van een coronaal gat ons sowieso altijd bereiken nadat de vlek in geo-effectieve positie is gedraaid. Aan een zonnevlek heb je helemaal niets tot dat er een uitbarsting met CME gebeurt. En dan moet die uitbarsting ook nog eens gebeuren op een gunstige locatie...

Ik betwist dan ook de berichten op vele andere websites die beweren dat het de komende jaren moet gebeuren in het hoge noorden. Zij zien duidelijk het effect van coronale gaten over het hoofd. Wie weet is er net wel meer noorderlicht te zien in jaren met weinig zonnevlekken omdat we dan meer garantie hebben op verhoogde zonnewinden afkomstig uit coronale gaten. Dat noorderlicht zal dan gemiddeld wel minder spectaculair zijn dan noorderlicht dat veroorzaakt wordt door een CME. Kwantiteit versus kwaliteit... al blijft kwaliteit in deze zeer relatief omdat naar mijn mening elke noorderlichtwaarneming meer dan de moeite waard vind.

Mijn indrukwekkendste waarneming ooit werd overigens niet veroorzaakt door een CME of coronaal gat. Het waren gewoon de gunstige eigenschappen van het IMF die tot een uitbraak van indrukwekkend noorderlicht leidden. Dit gebeurt eerder zelden maar kan dus ook perfect tijdens een zonnevlekkenminimum voorkomen.

 

 

 

4.2 Tijd van het jaar

4.2.1 Donker

Noorderlicht kan enkel worden waargenomen wanneer het voldoende donker is.
Bij ons in België of Nederland kan dat in principe het hele jaar, aangezien het tijdens de kortste nacht van het jaar (20 juni) toch nog voldoende donker wordt. Het zou echter nogal moeten lukken om net tijdens de paar donkere uren stormcondities te krijgen.
In gebieden rond en boven de poolcirkel kent men van april tot augustus de pooldag. Dat betekent dat het niet meer donker wordt, en er in die periode dus ook geen noorderlicht te zien zal zijn.
Rond de poolcirkel is dit het geval vanaf ongeveer de tweede week van april tot ongeveer half augustus.

Mijn vroegste waarneming in Lapland dateert van 21 augustus 2009 vanaf de top van Sallatunturi:

Begin september is het vervolgens ruim voldoende donker om het noorderlicht goed te kunnen zien. Zoals in de nacht van 3 op 4 september 2011, te Naruska.

 

4.2.2 Equinox

Statistisch en wetenschappelijk gezien is de kans om noorderlicht waar te nemen het grootst rond 21 maart en 23 september, wanneer de Zon loodrecht boven de evenaar staat. We noemend dit de equinox, dag en nacht zijn dan overal op Aarde even lang.
Op dat moment is de koppeling tussen het magneetveld van de Aarde en het magneetveld van de Zon maximaal. Er kunnen rond die tijd dus makkelijker deeltjes onze atmosfeer binnendringen dan de rest van het jaar het geval is. Dit heeft te maken met geometrie: terwijl de Aarde rond de Zon draait vormen onze magneetpolen een verschillende hoek met de Zon. Bij het begin van de astronomische herfst en lente is de hoek dus goed voor een optimale koppeling tussen Zon en Aarde.
Op zich is dit opnieuw relatief. Er is dan gewoon net wat minder activiteit op de Zon nodig om noorderlicht in de poolstreken zichtbaar te maken.

Grafiek met statistieken over het voorkomen van geomagnetische verstoringen tussen 1932 en 2007: In december en januari zal er gemiddeld beduidend minder noorderlicht te zien zijn dan in de maanden maart en oktober. Van mei tot augustus maakt het voor Lapland uiteraard totaal niets uit vanwege de pooldag.

 diagram

4.2.3 Middernacht

Wanneer er geen bronnen van verhoogde zonneactiviteit aanwezig zijn is de kans om noorderlicht waar te nemen het grootst rond lokale middernacht. Dit betekent dus astronomische middernacht, los van tijdzones of 'winterklok'-toestanden. In Finland betekent dat tijdens de wintermaanden echter gewoon rond 00u.


4.2.4 Volle Maan

Om de kans op een noorderlichtwaarneming te maximaliseren zou je best op noorderlicht jagen bij Nieuwe Maan. Dit omdat het maanlicht voor lichtvervuiling aan de hemel zorgt, waardoor de hemel niet meer zwart schijnt en er flink wat contrast verloren gaat. Zwak noorderlicht zal op die manier niet of nauwelijks zichtbaar zijn.
Vanaf een fase van 30% zorgt de Maan voor hinderlijke storing, de periode tussen Eerste Kwartier en Laatste Kwartier is dus best te vermijden.
Tijdens de wintermaanden klimt de Volle Maan ook nog eens het hoogst aan de hemel, wat dus een extra probleem vormt.
Tegelijk zorgt een Volle Maan er dan weer voor dat het witte sneeuwlandschap prachtig oplicht. Indien het noorderlicht intens is levert dit de mooiste foto's op.
Zie als voorbeeld deze foto waarbij de Volle Maan het winterwonderland verlicht, maar het noorderlicht niet zo sterk uit de verf komt. Meer foto's via deze link.



Samengevat kan je dus stellen dat los van de zonneactiviteit de kans op een waarneming van het noorderlicht het grootst is in een periode rond Nieuwe Maan in de buurt van het equinox en meer bepaald rond lokale middernacht.
Door op het noorderlicht te jagen in een periode waarin gemiddeld meer zonneactiviteit te verwachten is, kan je de kans op succes nog wat vergroten. Toch is er nooit een garantie op succes, al zal de aanhouder toch wel een grote kans op winst maken over een periode van pakweg 7 nachten.


 

Ruben Weytjens - juni 2012