Een balspel tussen de geesten

Generaties lang hebben mensen in het poolgebied gezocht naar een verklaring voor het noorderlicht. Veel stammen brachten het in verband met het rijk waar hun overleden familieleden en vrienden verbleven. Zo luidde in Noorwegen een gezegde, wanneer men schertsend over een ouwe vrijster sprak: “Zij is al zo oud dat ze weldra door het noorderlicht zal worden meegenomen.” De Inuït in Groenland dachten dat het licht werd veroorzaakt door een balspel tussen de geesten van hun overleden vrienden.

Er werd ook naar een minder geheimzinnige verklaring gezocht. Met name de Scandinaviërs zochten een relatie met het weer en gebruikten het noorderlicht als een middel om weersvoorspellingen te doen.

Op lagere breedtes waar het noorderlicht zich veel minder vaak voordoet, beschouwde men het als een onheilspellend teken. In de middeleeuwen was het niet ongebruikelijk dat de keizerlijke of de kerkelijke macht een rood noorderlicht misbruikte om hun onderdanen te verplichten tot gehoorzaamheid en ook om ze eraan te herinneren dat ze hun belasting op tijd betaalden.

De eerste pogingen om het noorderlicht fysisch te verklaren, vinden we al bij Aristoteles (384 – 322 v. Chr.). In de literatuur van de Vikingen zijn ook theorieën te vinden die het licht op een rationele manier proberen te verklaren. Na de Vikingen die hun bevindingen hebben opschreven in “De Spiegel van de Koning” (1250 n. Chr.) hebben ook Galileo Galilei (1564 – 1642), Pierre Gassendi (1592 – 1655) en Anders Celsius (1701 – 1744) zich met de verklaring van het noorderlicht bezig gehouden. Aan Pierre Gassendi hebben we de veel gebruikte Latijnse naam voor het noorderlicht te danken: aurora borealis.

Snelle deeltjes in een magnetisch veld

Wat hebben de pogingen van bovengenoemde en hedendaagse wetenschappers om het noorderlicht te verklaren ons opgeleverd? Wat veroorzaakt nu eigenlijk het aurora borealis? Het verschijnsel hangt samen met uitbarstingen op de zon. Tijdens deze uitbarstingen worden grote hoeveelheden geladen deeltjes het heelal ingeslingerd. Deze enorme stroom geladen deeltjes bestaat vooral uit elektronen en protonen. Binnen 1 à 2 dagen bereiken de deeltjes de aarde. Eenmaal bij de aarde aangekomen worden ze afgebogen. Hier zorgt het aardmagnetisch veld voor. Behalve dat de deeltjes worden afgebogen worden ze bij de noordpool en de zuidpool ook versneld. Door deze versnelling dringen ze met een verhoogde snelheid op ongeveer 100 kilometer boven het aardoppervlak de atmosfeer binnen. De processen die hier plaatsvinden zijn precies dezelfde als in een doodgewone TL-buis.

Door de versnelling ten gevolge van het aardmagnetisch veld hebben de elektronen en protonen namelijk veel energie gekregen. Deze energie kunnen ze door middel van botsingen overdragen op de atomen van moleculen hoog in de atmosfeer. Het zijn vooral zuurstof- en stikstofatomen die het meest bij deze botsingen worden betrokken. Deze atomen raken na zo’n botsing met bijvoorbeeld een versneld proton in een ‘aangeslagen toestand’. Dat wil zeggen dat een elektron dat normaal gesproken rustig zijn baantjes rondom de kern van het atoom cirkelde, nu ineens meer energie krijgt en in een ander baantje verder van de kern gaat cirkelen. Maar dat houdt het elektron nooit lang vol. Hij wil altijd weer terug naar zijn oude baan. Om daar zijn rondjes te cirkelen heeft het elektron minder energie nodig. De overtollige energie die het elektron heeft, raakt hij kwijt door een foton uit te zenden. Dit foton heeft een karakteristieke kleur die hoort bij die energie.

Een elektron kan maar in een beperkt aantal banen rondom de kern van het atoom cirkelen en dus ook maar een beperkt aantal verschillende fotonen uitzenden. Deze verschillende karakteristieke kleuren zien wij als het noorderlicht. Het rode en groene licht dat wij in Nederland nog wel eens zien, wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door de botsingen met zuurstofatomen. Het zeer fraaie paarse en blauwe licht dat zich vaker rondom de poolcirkel voordoet, wordt veroorzaakt door de botsingen met stikstofmoleculen.

Waarnemen en voorspellen

Je kunt het noorderlicht alleen waarnemen als aan een aantal voorwaarden is voldaan. De vier belangrijkste worden hieronder genoemd.

In de eerste plaats moeten de zonnevlekken, donkere gebieden op de zon waar vaak uitbarstingen plaatsvinden, recht op de aarde gericht zijn. Alleen dan kunnen de vrijgekomen deeltjes één tot twee dagen later de dampkring binnendringen.

Ten tweede moeten de deeltjes in de buurt van de noord- en zuidpool de dampkring binnendringen. Daar is het aardmagnetisch veld namelijk het sterkst.

In de derde plaats moeten de verschijnselen zich in de avond of nacht voordoen, zodat het donker genoeg is.

Ten vierde moet het helder zijn omdat wolken het zicht kunnen ontnemen van het poollicht dat op meer dan 100 kilometer hoogte ontstaat.

Betrouwbare voorspellingen zijn niet te geven. Wel is de kans op een herhaling na circa 26 dagen iets groter. De zon draait om zijn as en dan zijn de zonnevlekken, die eerder poollicht veroorzaakten opnieuw naar de aarde gericht. Het is echter niet zeker of dan weer een nieuwe uitbarsting zal optreden. Tegenwoordig wordt poollicht snel gemeld via de media en het internet en is er van tevoren veel informatie beschikbaar. Zonne-activiteit en zonne-uitbarstingen worden met satellieten gevolgd. Storingen in het radioverkeer of het juist beter doorkomen van FM-zenders kunnen ook een aanwijzing zijn voor mogelijk poollicht.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 5 uit de jaargang 2001 van het blad Archimedes.