Jak obserwować zorzę polarną? Wyjaśnia naukowiec z PG

Dzisiejszej nocy – z 31 marca na 1 kwietnia – będzie szansa na obserwację zorzy polarnej również w Polsce. Czym właściwie jest to zjawisko oraz dlaczego w ostatnich latach znacznie częściej i łatwiej możemy je obserwować w naszym kraju? Na te pytania odpowiada ekspert Politechniki Gdańskiej dr inż. Tadeusz Miruszewski z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, opiekun Astrofizycznego Koła Naukowego PG.

Zorze polarne to prześliczne, i nie tak rzadkie jak można się tego spodziewać, zjawiska na niebie. Pełne kolorów tworzą niesamowity spektakl na nocnym niebie. Trudno przewidzieć kiedy dokładnie się pojawią, dlatego każda udana próba ich uchwycenia – np. na zdjęciu – jest niezwykle satysfakcjonująca i wyjątkowa. W ostatnich latach „polowanie” na zorze polarne zyskało na popularności. Do bliższego zapoznania się z tym zjawiskiem i bardziej świadomego wypatrywania go zachęca dr inż. Tadeusz Miruszewski z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, opiekun Astrofizycznego Koła Naukowego PG.

Czym są i jak powstają zorze polarne?

– Wszystko zaczyna się na powierzchni Słońca. Jak wiadomo, Słońce to wielka kula gorącej plazmy, czyli mieszaniny jonów i elektronów. Na powierzchni Słońca plazma ta wytwarza lokalne pola magnetyczne, które potrafią się ze sobą anihilować – powoduje to powstanie prądu na styku takich pól, a energia pola magnetycznego zmienia się gwałtownie na energię termiczną i kinetyczną plazmy, powodując rozbłysk Słoneczny.

Plazma wystrzelona przez naszą gwiazdę dociera do Ziemi, a tam natrafia ona na ziemskie pole magnetyczne, które przyspiesza ją, i kieruje w stronę biegunów. Plazma ta zderza się z cząsteczkami powietrza wzbudzając atomy, w które uderzyła, a te, powracając do stanów podstawowych, emitują promieniowanie elektromagnetyczne o określonych długościach fali, co obserwujemy jako charakterystyczne barwy. Światło emitowane przez te zderzenia jest właśnie zorzą polarną. Te zjawiska świetlne zachodzą głównie w górnych warstwach atmosfery Ziemi – jonosferze i termosferze – na wysokościach rzędu 80–250 km.

Dlaczego zorza polarna przybiera takie, a nie inne barwy?

Kolor zorzy zależy od rodzaju cząsteczek w jakie uderzy plazma. Zderzenia z cząsteczkami tlenu będą skutkować kolorami zieleni, różu i czerwieni, zderzenia z azotem dają kolor bordowy, a z helem i wodorem – niebieski i fioletowy.

Dlaczego w ostatnich latach częściej niż kiedyś możemy obserwować zorze?

Siła i częstość występowania zórz polarnych zależy od aktywności słonecznej, w wyniku której  zachodzą zmiany poziomu emitowania promieniowania elektromagnetycznego. Jeszcze kilkanaście lat temu obserwacje zórz polarnych z terytorium Polski należały do rzadkości i były kojarzone głównie z ekstremalnymi burzami magnetycznymi. Wynikało to z położenia geograficznego i geomagnetycznego kraju – Polska znajduje się w średnich szerokościach geomagnetycznych, daleko od typowego obszaru występowania owalu zorzowego.

Wpływ na częstość występowania zórz mają również cykle aktywności słonecznej. 25. cykl aktywności słonecznej, który rozpoczął się w grudniu 2019 roku, od kilku lat wykazuje aktywność wyraźnie wyższą od prognoz, a lata 2023–2025 przyniosły znaczący wzrost liczby plam słonecznych, rozbłysków klasy M i X oraz intensywnych burz magnetycznych. W IV kwartale 2025 roku potwierdzono utrzymywanie się podwyższonej aktywności, co jest sprzyjające występowaniu zórz na średnich szerokościach geomagnetycznych, w tym nad Polską.

Czy fakt, że zorze polarne możemy obserwować nawet w południowej Polsce powiązany jest ze zmianami klimatycznymi?

Możliwość obserwacji zorzy polarnej w naszym kraju – zarówno na północy, jak i sporadycznie na południu – nie jest bezpośrednim skutkiem zmian klimatu, lecz konsekwencją cyklicznej intensyfikacji aktywności Słońca oraz większej liczby i energii koronalnych wyrzutów masy oraz rozbłysków.

Choć zmiany klimatyczne mają wpływ na warunki pogodowe i przejrzystość atmosfery, czyli komfort obserwacji, to nie determinują one powstawania zorzy polarnej.

Czy w przyszłości zorze polarne będą częstsze w Polsce?

Wciąż istnieje taka możliwość, szczególnie gdy Słońce znajduje się blisko maksimum aktywności danego cyklu, czyli co ok. 11 lat. Obecne dane wskazują, że 25. cykl osiągnął lub już przeszedł swoje maksimum, ale  jego okres schyłkowy wciąż może generować silne zjawiska słoneczne sprzyjające geomagnetycznym burzom aż do 2026 roku, a nawet czasami później.

Jak obserwować zorze polarną w Polsce?

Obserwacja w Polsce wymaga jednoczesnego spełnienia kilku warunków fizycznych i środowiskowych, w szczególności wystąpienia silnej burzy geomagnetycznej, najczęściej przy indeksie Kp większym niż 6. Kp to wskaźnik aktywności geomagnetycznej Ziemi. Jeśli indeks ten ma wartość 6 lub wyższą (dla północnej Polski) lub 7-8+ (dla południa kraju) to istnieje szansa zaobserwowania zorzy polarnej.

Ważna jest również bezchmurna pogoda oraz ograniczenia zanieczyszczenia światłem poprzez wybór miejsca oddalonego od intensywnej zabudowy miejskiej. Najlepsze efekty obserwacyjne uzyskuje się przy odsłoniętym północnym horyzoncie oraz po odpowiedniej adaptacji wzroku do ciemności, która zwiększa czułość receptorów światła w oku ludzkim. Zdarza się jednak, że zorza polarna jest słabo widoczna gołym okiem lub postrzegana jedynie jako jasna, bezbarwna poświata, ponieważ w warunkach nocnych ludzki wzrok wykorzystuje głównie pręciki, które są bardzo czułe na natężenie światła, lecz nie umożliwiają skutecznego rozróżniania barw.

Aparaty fotograficzne, zwłaszcza wyposażone w nowoczesne matryce światłoczułe, potrafią natomiast rejestrować znacznie więcej fotonów dzięki długim czasom naświetlania i wysokiej czułości ISO. Pozwala to ujawnić strukturę i kolory zorzy niewidoczne bezpośrednio dla obserwatora. Różnica pomiędzy percepcją wizualną a zapisem fotograficznym wynika więc z faktu, że aparat integruje sygnał świetlny w czasie, podczas gdy ludzkie oko odbiera jedynie chwilowe natężenie promieniowania.

Jak śledzić występowanie zórz i ich prognozy?

Prognozy zorzy polarnej, w tym szanse na jej wystąpienie w Polsce, najlepiej sprawdzać na specjalistycznych portalach takich jak AlertZorzowy.pl, SpaceWeatherLive.com, oraz w aplikacjach mobilnych typu My Aurora Forecast & Alerts.