De natuurkundige verklaring van poollicht

Poollicht is een lichtshow in de aardatmosfeer. Het poollicht kan in heel veel verschillende kleuren voorkomen: geel, groen, paars, rood, blauw... Deze lichtshow vindt vooral plaats in de omgeving van de polen. Daarom is het poollicht ook wel bekend als het noorderlicht (aurora borealis) en het zuiderlicht (aurora australis). Het verschijnsel is alleen waar te nemen als het donker is. Waar komt de energie van dit licht vandaan, hoe zorgt de atmosfeer ervoor dat deze energie in al deze kleuren licht voorkomt, en waarom is nodig dat het donker is om het poollicht te kunnen zien, en waarom is het poollicht alleen op hoge geografische breedtes te zien? Natuurkunde kan op al deze vragen antwoord geven.

Kernfusie

We weten inmiddels dat fotonen ontstaan doordat een elektron van een hoge naar een lagere energietoestand terugvalt. Er zijn echter nog een paar mogelijkheden, kernsplijting en kernfusie. Kernfusie is het omzetten van massa in energie. De zon werkt op kernfusie. Per seconde zet de zon 700 miljoen ton waterstof om in 695 miljoen ton helium. Het verschil van de massa, zo ongeveer 4,4 miljoen ton, wordt omgezet in energie. Hiervoor wordt de volgende formule gebruikt:
E = mc2 waarbij c = de lichtsnelheid Ezon per seconde = (4,4·1010 )·2,99792458x108=1,3·1019J

Zonnewind

De zonnewind is een stroom van geladen deeltjes uitgestoten door de zon. De zonnewind bestaat voornamelijk uit protonen en elektronen met een lading tussen de 10 en 100 keV. De geladen deeltjes kunnen ontsnappen aan de zwaartekracht van de zon door de hoge kinetische energie die ze meekrijgen.

Het aardmagnetisch veld van een planeet zorgt ervoor dat de zonnewind afgebogen wordt naar de Noord- en Zuidpool.

Zuurstof en stikstofatomen

Vervolgens botsen de geladen deeltjes met zuurstof- en stikstofatomen. De atomen komen in een aangeslagen toestand. De fotonen die een zuurstofatoom vervolgens uitstoten zijn groen of bruin-rood. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid energie die het atoom absorbeert. Stikstof stoot blauw of rood uit, blauw als het atoom een elektron terugwint nadat hij is geïoniseerd, rood als het atoom vanuit aangeslagen toestand gelijk naar de grondtoestand terugkeert. Bij zuurstof is het ongebruikelijk dat hij direct naar de aangeslagen toestand terugkeert.

Wanneer kun je het poollicht zien?

De energie die vrijkomt wordt op 80 tot 1000 km hoogte uitgestraald. Je kunt het poollicht dus alleen zien als het helder weer is, en als het donker is. In de zomer zul je dus op de Noordpool geen noorderlicht zien, aangezien het dan 24 uur per dag licht is en je ogen ingesteld zijn om een feller licht.

Waarom wordt het licht zo hoog uitgestraald? Waar wij leven is toch ook zuurstof? Ja, maar als de uitstoot botst met andere soorten atomen of moleculen, absorberen de andere stoffen de opwekking van de energie van het zuurstof, waardoor het proces tegengehouden wordt.

Je kunt het poollicht het beste zien als de zon heel actief is. Plaatsen in de zon waar de zon heel actief is worden ook wel zonnevlekken genoemd. Als zo’n zonnevlek op de aarde gericht is, kunnen de geladen deeltjes die bij deze uitbarsting vrij gekomen zijn de atmosfeer van de aarde bereiken en hierdoor omgezet worden in poollicht. Dit gebeurt ongeveer 1 keer in de 11 jaar. Er is ook poollicht waargenomen op andere planeten dan de aarde, zoals op Jupiter en Saturnus.

Lees verder

• Fotonen voor dummies
• Geeft de inkt van mijn markeerstift licht? - fluorescentie