זוהר הקוטב, "אורורה", הוא תופעת טבע יפיפייה הצובעת את שמי הקטבים בצבעי נֵאון זוהרים. התופעה מתרחשת כאשר חלקיקים טעונים שמקורם ברוח השמש – שטף לוהט של חלקיקים שמוצאו בשמש – מצליחים לחדור את המגנטוספרה, האזור באטמוספרה שבו נחסמים בדרך כלל חלקיקים מגנטיים המגיעים מהחלל. החלקיקים שהצליחו לחדור למגנטוספרה מתנגשים באטומי האטמוספרה וגורמים להם לפלוט אור.
עד לפני עשור רווחה הסברה שהזוהר הצפוני והדרומי הם תמונת מראה זה של זה, אולם משנת 2009 יש הסכמה גורפת בקרב החוקרים שרק לעיתים נדירות ביותר יש סימטריה בין שני הקטבים בצורת האורורה ובמקומה. מאז ועד הזמן האחרון שיערו החוקרים שחוסר הסימטריה בין האורורות נובע מחוסר היציבות של השדה המגנטי סביב כדור הארץ עקב התפרצויות סולאריות – התפרצויות פתאומיות על פני השמש, המשחררות כמות עצומה של אנרגיה. אלא שמחקר חדש מראה כי התפרצויות אלו דווקא מאזנות את הזוהר בקטבים, והשוני נעוץ בתופעה פיזיקלית אחרת לגמרי.
"הזבוב המגנטי": כיצד נוצר זוהר הקטבים
השדה המגנטי של כדור הארץ עוטף את הכדור במעין קשתות, מקוטב לקוטב, שיחד יוצרות סביבו מבנה תלת-ממדי שצורתו צורת תפוח. אולם התפוח הזה אינו סימטרי כפי שהיינו מצפים שיהיה: השדה המגנטי מושפע רבות מרוח השמש, והחלקיקים שהיא נושאת עימה – אלקטרונים, פרוטונים ויונים בעלי מטען חשמלי – נושאים גם "מזכרת" מגנטית מהשמש.
שטף החלקיקים המגנטי הזה, שנע במהירות על-קולית, נתקל לראשונה בשדה המגנטי של כדור הארץ בצידו המואר, מאט בפתאומיות ויוצר גל הלם המעוות לחלוטין את הצורה התפוחית של השדה המגנטי: בצד המואר של כדור הארץ הקשתות המגנטיות "נמעכות" כלפי פנים, והמגנטוספרה מתקרבת לפני הקרקע עד מרחק של כ-10 רדיוסי ארץ. ואילו בצד החשוך של כדור הארץ נמתחים קווי השדה המגנטי וחלקיקי רוח השמש הלכודים בתוכם למרחק עצום של כ-1000 רדיוסי ארץ. מדענים מכנים את התצורה המיוחדת הזו בשם "הזבוב המגנטי": הראש הפחוס מביט אל השמש, הכנפיים מתוחות לאחור במלוא תפארתן.
השדה המגנטי העצום של השמש יציב הרבה פחות מזה של כדור הארץ. הוא נתון לשינויים קיצוניים ופתאומיים ואף מתהפך לעיתים. חוסר היציבות עלול לגרום לסופה סולארית, התפרצות חזקה במיוחד של רוח שמש. סופה שכזו מגדילה את הסיכוי להתרחשותה של תופעה פיזיקלית המכונה "איחוי מגנטי": הקשתות המחברות בין קוטבי כל אחד מן המגנטים – זה של כדור הארץ וזה של שטף החלקיקים – מתנתקות, ומתחברות מחדש בין הקוטב הדרומי של האחד לקוטב הצפוני של השני. תופעה זו מתרחשת גם בקשתות הפחוסות שבצד המואר, אך בעיקר בצד השני, בזנב "הזבוב המגנטי" הבלתי יציב. בעקבות היפוכם הפתאומי של קווי השדה המגנטי, חלקיקי השטף מתחילים לנוע במהירות בחזרה, היישר לכיוון כדור הארץ. זרימת החלקיקים אינה מסודרת, ומזכירה במקצת זרם של מים הפורץ מצינור השקיה שהאחיזה בו אבדה.
Magnetopause.png
כיוון שרוב החלקיקים היוצרים את האורורות מגיעים לכדור הארץ בדרך זו, עד לפני שנה סברו שתופעת האיחוי המגנטי היא ששוברת את הסימטריה וממנה נובע השוני שבין הזוהר הצפוני והדרומי. עתה, במחקר חדש, הפריכו ניקולאי אוסטגארד מאוניברסיטת ברגן שבנורבגיה וצוותו את הסברה הזאת. הם ניתחו תמונות שצולמו בו זמנית בשני הקטבים, בעשרה אירועי אורורה שונים בשנים 2001–2005, ומצאו כי לא זו בלבד שהסופות הסולאריות אינן הגורם לחוסר הסימטריה בין האורורות, אלא שאורורות שזהרו בתחילה באופן א-סימטרי שינו לעיתים את מקומן ונהיו דומות יותר לאורורה הנגדית דווקא לאחר התרחשותן של הסופות.
מה גורם לשוני בין האורורות?
צוות החוקרים בראשות אוסטגארד מצא שהלחץ המגנטי שמפעילה רוח השמש על השדה המגנטי של כדור הארץ אינו אחיד בשני הקטבים, ועל כן מקומם של הקטבים המגנטיים משתנה זמנית, באופן שאינו סימטרי. מכיוון שלחלקיקים הטעונים סבירות גבוהה במיוחד לחדור דרך הקטבים, שהם "הבטן הרכה" של המגנטוספרה, נקודה קלה לחדירה – מקומם של הקטבים הוא מה שקובע את מקומה של האורורה. איחוי מגנטי הנגרם עקב סופה סולארית יכול לשחרר את הלחץ הזה ולהזיז את הקטבים המגנטים בחזרה למקומם הטבעי.
ומה אומרים המדענים על התגלית החדשה? רידלי ואינגו מילר-וודרג מהאימפריאל קולג' בלונדון מכנה את התצפיות הללו "מפתיעות" ובעיקר "מגניבות", ומוקסם מהעובדה שבעזרת תצלומים התבררה הפיזיקה של תופעת הזוהר.
הבנת התהליכים הפיזיקליים שביסוד המופע השמימי המרהיב חשובה לא רק לתיירים המתכננים טיול לזוהר הצפוני. להתפרצויות הסולאריות שמולידות את הזוהר יש גם השלכות הרבה פחות משמחות: הן עלולות לסכן אסטרונאוטים בחלל, לשנות מסלול לוויינים ולשבש מערכות אלקטרומגנטיות רגישות. חקר האורורה ושכלול היכולת לחזות את מקומה ירחיבו את ידיעותינו ויסייעו לנו להתגונן מפני ההשלכות המסוכנות של ההתפרצויות הסולאריות.