Referaat virmalistest (0)

Tallinna Tehnikaülikool
VIRMALISED
Referaat
Autor: Sinu nimi
2011
1. Mehhanism
Virmalised tekivad footonite kiirgamise põhimõttel. Maa ülemises atmosfäärikihis (üle 80km), saavad ioniseeritud lämmastiku aatomid tagasi elektroni ja hapniku, mistõttu muunduvad lämmastiku aatomid ergastatud olekust tasakaalustatud olekusse. Hapniku ja lämmastiku aatomid muutuvad ergastatutuks sellepärast, et solaar-tuulte ja magnetosfääri osakeste kokkupõrke tulemusena surutakse need aatomid läbi kujuteldava lehtri ning tänu sellele saavutavad need suurema kiiruse ning need juhitakse maa atmosfääri. Selle tulemusena saadud ergastatud olek kaob valgusfootonite poolt tekitatud tuules /kiirguses või kui tekib kokkupõrge teise aatomi või molekuliga :
- hapniku eraldumine - roheline või pruunikaspunane, oleneb kui palju energiat on neeldunud .
-lämmastiku kiirgamine - Sinine või punane. Sinine, kui aatom säilitab elektroni peale ioniseerumist. Punane, kui muutub tasakaalustatud olekust ergastatud olekusse.(2)
Hapniku puhul on ebatavaline, et ta muundub tagasi tasakaalustatud olekusse: on vaja 3/4 sekundit, et välja kiirata rohelist valgust ja kahte minutit, et välja kiirgata punast valgust. Kokkupõrkel teiste aatomite või molekulidega ergastatud oleku energia kaob ja kiirgamine pole võimalik. (2)
Värvide varieeruvus oleneb kõrgusest; kõrgemal domineerib punane, siis tuleb roheline ja kõige lõpuks lämmastikust olenevalt punane või sinine. Lõpuks on lämmastik sinine/punane, kui kokkupõrked teiste molekulide/aatomitega ei lase hapniku kiirgust tekkida. Roheline on kõige tavalisem värv virmaliste hulgas. Järgneb roosa , mis on segu rohelisest ja punasest kiirgusest, järgnevalt puhta punase, kollase (rohelise ja punase segu), ja lõpuks viimasena puhas sinine värv. (2)
Virmalisi seostatakse solaartuultega/tormidega, mis on pidev ioonide vool Päikesest välja. Maa magnetväli püüab need osakesed, paljud liiguvad pooluste suunas, kus nad kiirenduvad maapinna suunas. Kokkupõrked selliste ioonide ja atmosfääriaatomite ja molekulidega tekitavad energiavoolusid, mis tekitavad virmalisi, mis avalduvad ringikujuliselt pooluste ümber. Virmalised avalduvad rohkem ja eredamalt intensiivse solaartsükli ajal. (2)
1. 2VIRMALISED
Virmalisteks nimetatakse atmosfääri kõrgemates kihtides esinevat optilist nähtust, mis tekib, kui Päikeselt tulevad laetud osakesed (nn päikesetuul) kohtuvad Maa magnetväljaga. Magnetväli kiirendab elektrone, mis liiguvad maakera põhja- ja lõunapoolustele. Sissetungijateks olevad laetud osakesed põrkavad kokku atmosfääris olevate gaasiosakestega, nagu näiteks lämmastik ja hapnik. Kokkupõrge sunnib aatomeid välja andma väga täpse lainepikkusega valgust. See annab virmalistele punased ja sinised toonid. Interaktsiooni elektronide ja aatomite vahel toimub 70 kuni 300 km kõrgusel maapinnast ja nõuab väga väikest gaasitihedust.(1, 2)
Nagu eespool mainitud , ajendab interaktsioon elektronide ja aatomite vahel helendama peamisi koostisaineid – lämmastik ja hapnik – nagu gaas valguslampide sees. Kuna aatomid annavad valgust välja ainult teatud lainepikkustel, siis ongi virmalistel looduses ainulaadsed värvid – sinine, punane, roheline. (1, 2)
Virmaliste tekkimine algab rahuliku heleda kaarega põhjapoolt. Kaare madalam põhjapoolne serve on teravam, ülemine udusem. Kaare ülemise otsa juures võib olla ka teine väike, udune kaar. Sellisena püsivad virmalised umbes tunnijagu.(2)
Teises faasis muutub kaar heledamaks, sõlmub ja liigub kõrgemale. Kaarele tekivad sädemed, mis liiguvad mööda kaart. Poole tunni pärast kulgevad virmalised veel kõrgemale ja muutuvad eredaks. Algne roheline värv muutub eristatavamaks, ka võib näha punast värvi. See kestab ligikaudu pool tundi.(2)
Kolmas faas on lühike, kuid mõjuv. Kaared liiguvad kiiresti üle taeva ning peale rohelise ja punase võib märgata ka siniseid ja violetseid laineid. Kui efektiivsus on suurim, võib maapinnale tekkida isegi varje. Tekivad seniiti ilmuvad valgusmüürid, mis omavahel ühinevad. See etendus kestab ligikaudu 10 minutit ning seejärel vajuvad virmalised loorina üle taeva. Üksikud sädemed liiguvad tohutu kiirusega üle taeva, see kestab umbes tunni. Seejärel võib hakata kõik otsast peale. Terve tsükkel võib öö jooksul korduda isegi 5 korda. (2)
Virmalised esinevad igal pool, kus on geomagneetilised tormid, mis põhjustavad muutusi planeetide magnetväljas, või kus on teatud tingimused Maa magnetsaba regioonis. Need tingimused on tihti vastastikus seoses päikesetormidega. Virmalisi on seda rohkem ning võimsamalt, mida enam esineb päikesel plahvatusi.(2)
Elektrivool , mis tekitab virmalisi, moodustab oma magnetvälja. See mõjutab ka Maa magnetvälja, mis muutub virmaliste läheduses. Muutused toimuvad otse virmaliste all ning Maa magnetväli muutub irratsionaalselt. Maad ei mõjuta mitte virmalised, vaid teda tekitavad protsessid. Need muutused võivad segada raadiosidet, kui ka tekitada elektrikatkestusi. (2)
Virmalisi võib liigitada kaheks: n-ö rahulikud ja tavalised virmalised. Rahulikke virmaliskaari esineb Maa magneetilisi pooluseid ümbritsevatel virmaliste tsoonides peaaegu pidevalt. Sellisteks virmalisteks nimetatakse tavaliselt helerohelisi, tuhandete kilomeetrite pikkuseid kaari. Vastupidiselt tavavirmalistele, seisavad rahulikud virmalised justkui paigal või meenutavad õrna lainetust. (2)
1.3 VIRMALISTE ERINEVAD VÄRVID
Elektrilised laengud, mis sisenevad atmosfääri mitmesaja kilomeetri kõrgusel, on nähtamatud senikaua , kuni nad põrkuvad kokku atmosfääris olevate aatomitega. Atmosfääri peamised koostisosad on lämmastik (78%) ja hapnik (22%). (1, 2)
400-1000 kilomeetri kõrgusel on virmalisi juba näha, kuid vähem kui 80 kilomeetri kõrgusel on atmosfäär juba liiga tihe ning aatomid põrkuvad pidevalt teineteisega kokku ega jõua vahepeal valgust eraldada. Madalatel kõrgustel eritavad aatomid helesinist ja roosakat värvust ning kuna lämmastiku aaatomid eraldavad valgust kiiremini, paistavad maapealt virmaliste alumised osad liikiuvat kiiremini kui ülemised osad. ( 2, 3)
Roheline valgus tekib, kui hapniku aatomeid stimuleeritakse eraldama valgust sellega, et nende otsa põrkuvad elektronid ja hapniku aatomid liiguvad valguskiirusel. Aatomid levitavad rohelist valgust ainult kindlal sagedusel. Punane värv on iseloomulik lämmastiku aatomitele. (2)
Virmalised võivad olla rohelist, punakat või violetset värvi. Värvus oleneb sellest, millist aatomit ergastatakse. Atomaarne hapnik on seotud rohelise ja punase valgusega ning molekulaarne lämmastik punase või violetse värvusega. (2)
1.4 VIRMALISTE VAATLUSEKS SOBIVAIM AEG
Yerkes 'i observatooriumis on 55. aastase perioodi jooksul uuritud päikeselaikude esinemist ja jõutud järeldusele, et virmalisi esineb kõige rohkem septembris ja märtsis, sest sel ajal on Maa oma orbiidi parimas asendis Päikese kesklaiuste tsooniga, kus toimub enim päikesetorme. Kõige vähem seevastu jaanuaris ja juulis. (5, 2)
Kui vaadelda ööpäevast esinemist, on öised virmalised tavaliselt väga efektsed ja kaunid . Seevastu päevased on hallid ja nõrgad ning katavad kogu taeva. Päevaseid virmalisi võib näha kesktalvel suurtel laiuskraadidel kohalikul keskpäeval.(2, 4)
Kuna virmalised sõltuvad lämmastiku ja hapniku aatomite tihedusest, ei ole virmalised peaaegu kunagi madalamal kui 50 km maapinnast. Punast, rohelist ja lillat värvi virmalised tekivad üle 90 km kõrgusel. See seletab ka selle, miks virmalised on nii värviküllased.(2, 4)
Kõige paremini näeb virmalisi talvel Alaskal, Kandas ja Skandinaaviamaades.(4)
4. Kasutatud kirjandus

Vikipeedia: http://et.wikipedia.org/wiki/Virmalised

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Aurora_(astronomy)

http://www.norra.ee/Travel/Virmaliste-valgus/

http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/educator/Aurora79.html

http://astro.uchicago.edu/yerkes/
5.Lisad

1. 25. oktoobril taevast kaunistanud virmalised Eestis (2011)
2. 6. augusti varahommikused virmalised Eestis (2011)