Megjelent az Élet és Tudomány 1999. év 50. számában

A tél csodái

SARKI FÉNY
GYÖNGYHÁZFÉNYŰ FELHŐK,
HALÓK

Ki ne gyönyörködött volna már a nappali égbolt színes fénycsodáiban? De vajon az alkonypír, a holdudvar, a szivárvány vagy a különféle halotünemények előjelei-e valamilyen légköri eseménynek? Noha bizonyos fényjelenségek közvetlen kapcsolatban vannak a légkör pillanatnyi fizikai állapotával, a várható időjárást alapvetően meghatározó nagy térségű meteorológiai helyzettel már jóval kevésbé függenek össze. Ezért a biztosnak vélt „időjós” regulák időnként megcsalnak bennünket. A következőkben néhány olyan légköri optikai jelenséget mutatunk be, amelyeket az őszi vagy – még gyakrabban – a téli égbolton lehet megfigyelni.

Különleges látványosság a sarkvidékek környékén – s nagyon ritkán, télen, nálunk is – az éjszakai égbolt pazar zöldes felfénylése. A Napból érkező részecskesugárzás a Föld mágneses erővonalai mentén haladva, elsősorban a sarkvidékeken, már néhány száz kilométeres magasságban gerjeszti a gázmolekulákat (főként a nitrogént), s ezek a rájuk jellemző hullámhosszokon fényt bocsátanak ki. A sarki fény (latinul aurora polaris) az északi és a déli féltekén egyaránt előfordul. Északon északi fény, korábbi nevén erdei fény (latinul aurora borealis), délen dél-sarki fény (latinul aurora australis) a neve.

Naptevékenység és éghajlat-ingadozás

Időnként a sarki vidékektől távolabbi helyekről is érkeznek beszámolók sarkifény-jelenségekről, s azok még Egyiptomban és Indiában is előfordulnak olykor. Magyarországon az elmúlt két évszázadban összesen tizenhat esetet írtak le. A legutolsó, az 1938 január 25-ei mind erősségében, mind szépségében túltett az előzőkön.

Az 1591. évi nürnbergi északi fény (korabeli metszet)

Az ókori Rómáig visszanyúló megfigyelések szerint a sarki fény gyakorisága erősen ingadozik. Eddig a sarki fény az 1870–1872 és az 1938–1941 közötti években volt a leggyakoribb. Gustav Spörer és Edward Maunder német csillagász a múlt század végén összegyűjtötte a sarki fényről szóló régebbi tudósításokat, és egybevetette őket a napfoltok számának ismert ciklusaival. Egyértelmű összefüggést találtak közöttük. Ez pedig annyit jelent, hogy a sarki fény gyakorisága (a napfoltok számának változása) és a földi éghajlat ingadozásai szintén kapcsolatba hozhatók egymással.
Magyar krónikások arról számoltak be a XV. század első felében, hogy a Duna rendszeresen befagyott, és királyválasztó lovasokat is elbírt a hátán. Ez 1420 és 1500 között egybeesett a Spörer-minimumnak elnevezett csökkent naptevékenységgel. Hasonló hideg telekről szólnak a krónikák az 1290 és 1340 közötti Wolf-féle napfoltminimum idejéből.
Az 1645 és 1715 közötti évtizedekben a Temze is minden télen befagyott és „fagyos vásároknak” adott helyet. Azokban az évtizedekben a csillagászati megfigyelések szerint alig fordult elő napfolt, és a napfizikai paraméterek értéke is meglepően alacsony volt. A csillagászok ezt a periódust a Nap történetének Maunder-minimumaként emlegetik.

Északi fény

Az északi fény látványa űrhajóról

Az 1812. évet mind a francia, mind az orosz történelemkönyvek hosszú oldalakon keresztül tárgyalják. Napóleon Moszkva ellen vonuló seregének Kutuzov katonáin kívül a szokatlanul kemény téllel is meg kellett küzdenie. Azokat az éveket azóta is napóleoni minimumként idézik az éghajlatkutatók, és azok szintén egybeesnek egy napfizikai minimummal.

Éjszakai világító felhők

A naptevékenység periódusait a múltra vetítve merőben új megvilágításba kerülnek ismert történelmi események. Ebből a szemszögből vizsgálva úgy látszik, megmagyarázható, hogy az első telepesek miért találták Izland szigetét jegesnek, és miért nevezték el Jégföldnek. Vörös Erik az újonnan fölfedezett nagy nyugati szigetet, amikor meglepő módon dús növényzetet talált a partvidéken Grönlandnak, Zöldföldnek nevezte el. Több kutató a közép-amerikai maja kultúrának és a Római Birodalomnak a hanyatlását a hirtelen zorddá váló éghajlattal hozza összefüggésbe. A napfizikai periódusok alapján a hanyatlás idején valóban hidegebb évtizedek következtek be.

Halojelenség két melléknappal
(Conrad Wolffhardt; Basel, 1557

A századunk első felében kezdődő fokozott naptevékenység és ezzel együtt a globális átlaghőmérséklet lassú emelkedése bizonyos becslések szerint 2010 és 2020 között ér véget, s akkor majd ismét hűvös nyarak és zord telek köszöntenek ránk. (Lehet, hogy a globális lehűlés okainak vizsgálata lesz az időszerű kutatási téma?)

Naplemente két melléknappal és a Perry-féle ívvel

A legutóbbi évek kutatásai azt is kimutatták, hogy a napsugárzás intenzitásának változása összefügg a Föld globális felhőtakarójának növekedésével és csökkenésével is. A feltevések szerint a naptevékenység egészen rövid periódusú (néhány napos) változékonyságával is összefügg, hogy milyen valószínűséggel válnak be az időjárási előrejelzések.

Éjszakai világító felhők

Számos légköri nyomgáz és szilárd szennyező anyag származik a földfelszínről. A legfontosabb ezek közül a vízgőz. Koncentrációja a felszíntől távolodva exponenciálisan csökken, és a függőleges irányú terjedés útját állja a 8–20 kilométeres magasságban található tropopauza, vagyis a magaslégkör (sztratoszféra) és a felhőövnek is nevezett alsólégkör (troposzféra) határrétege. Az ott általában jellemző mínusz 50 Celsius-fok alatti hőmérsékleten igen kevés vízgőz is elegendő ahhoz, hogy telítéshez közeli állapot jöjjön létre, a víztartalom kondenzálódjon és jégkristályok keletkezzenek. Erre nagyon kevés a példa. Ha mégis létrejönnek ilyen sztratoszferikus felhők, akkor azok naplemente után – amikor a horizont alatti napkorong ezeket a több tíz kilométer magas rétegeket még megvilágítja – láthatóvá válnak. Éjszaka van, mégis felhők ragyognak az égen. Ezeket az általában 50–80 kilométeres magasságban megfigyelhető felhőket nevezik éjszakai világító (noctilucent), más szóval gyöngyházfényű felhőnek.

Melléknap és a Perry-féle ív
egy meteorológiai napfénytartammérővel

Sokáig azt gondolták, hogy a pazar látványon kívül a sztratoszferikus felhők meteorológiai szempontból érdektelenek. A légköri ózon változékonyságának legutóbbi néhány évtizedes vizsgálatai során azonban a levegőkémikusok kimutatták: e felhők jégkristályainak nagyon is fontos szerepük van a sztratoszféra értékes ózontartalmának csökkentésében. Jelenlétükben ugyanis lényegesen felgyorsul a magaslégköri ózon bomlása. Felületükön az ózonnal egyébként nem reagáló vegyületekből, például a sósavból (HCl) és a klórnitrátból (ClNO₃) klór szabadul fel. (E folyamat részleteinek tisztázásáért 1995-ben Paul Crutzen légkörkémikus az első meteorológiai Nobel-díjat kapta.)

Fénytörés jégkristályokban

Fénytörés és fényvisszaverődés az eső és a köd vízcseppjein kívül felhők jégkristályain is bekövetkezhet. Az apró tűk, lemezek, csillagok és hasábok alakjában kristályosodó szemcsék a magasban keletkező cirruszfelhőkben (pehelyfelhőkben) fordulnak elő a legnagyobb számban. A légköri jég- és hókristályokon megtört fény által létrehozott optikai jelenségeknek a neve: halo.
A pontos geometriai diszkusszióból az derül ki, hogy a különböző sugarú és a fényforráshoz, a Naphoz vagy Holdhoz képest más és más helyzetű lehetséges haloívek száma meghaladja az ötvenet. A kristályok leggyakoribb alakjából következik, hogy legtöbbször a 22 fokos és a 46 fokos haloív fordul elő (vagyis a körív középpontjának iránya és az ívek pontjai ekkora szögeket zárnak be egymással). Az egyik leggyakoribb fajtát egyébként az Északnyugati átjárót hiába kereső Ross kapitány egyik tisztje, William Perry írta le legelőször, ezért róla Perry-féle ívnek nevezik. A jelenségkör első tudományos magyarázatát pedig két osztrák meteorológus, Joseph Pernter és Felix Exner adta meg 1910-ben.

Fogadó a Három Naphoz az 1461-es csata helyszínén

Páratlan látványban volt része a Déli-sark Antarctica nevű kutatóállomás munkatársainak az idén január 11-én. Ott, ahol az év száz napján lehet haloíveket látni, és alig csodálkoznak e jelenségen, aznap egyszerre volt látható huszonnégy haloív!
Különleges kísérőjük is van a haloíveknek. Alacsony napálláskor a 22 fokos haloív keletkezése együtt járhat a napkorong síkjába eső két fehér melléknap (parhelia) megjelenésével is. Melléknap – régi magyar nevén cimbora – akkor látható, ha a cirrusz-felhőt alkotó jégkristályok közül az azonos geometriájúak azonos irányba rendeződnek a felhőben. Ilyenkor a legnagyobb számban előforduló jégtűk a megtört fénnyalábokat a haloív két kitűntetett pontjára összpontosítják.

A Déli-sarkon 1999. január 11-én egyszerre 24 halojelenség volt látható
(a jelenség számítógépes modellje)

Több olyan történelmi leírást is ismerünk, amelyekben haloívek és melléknapok szerepelnek. Az első ilyen tudósítás az ókori Rómából származik. A Kr. e. 44-ben haloval és két melléknappal együtt hármas napkorong volt megfigyelhető. Ez bizonyos jóslatok szerint előre jelezte, hogy az akkor ismert három világrész: Európa, Ázsia és Afrika egyesülni fog. Mások a hatalmon lévő triumvirátus: Caesar, Crassus és Pompeius egyetértésének erősödését várták az égi jeltől. Ez utóbbiaknak csalódniuk kellett: Caesart – az összeesküvők Brutus vezetésével – március idusán meggyilkolták.

Légköri jégkristályok:
a) oszlop; b) lap; c) hegyes végű oszlop; d) ejtőernyő
(Élet és Tudomány Grafika)

Kevésbé baljóslatú az angol történelem leghíresebb haloíve és hármas napkorongja, amelyet Mortimer’s Cross mellett lehetett megfigyelni 1461 februárjában. Az 1455-től 1485-ig tartó Rózsák háborújában, a III. Edward király hét gyermekének leszármazottai között dúló örökösödési háború döntő ütközetére készültek a Yorkok, címerükben a fehér rózsával és a Lancasterek, címerükben a piros rózsával, amikor a hármas napkorong megjelent az égen. A legendás jelenésről Shakespeare is tudósít (lásd keretben. – A szerk.).
A csata színhelyén a vendéglő neve azóta is Fogadó a Három Naphoz, és cégtábláján ma is ott a Nap meg a két melléknap a fehér haloívvel.

Dr. Gyuró György
(ELTE, Meteorológiai Tanszék)