Hoe ontstaat noorderlicht? De wetenschap achter het spectacle

Noorderlicht ontstaat wanneer geladen deeltjes van de zon botsen met gasmoleculen in de dampkring van de aarde. Die botsingen geven energie vrij in de vorm van licht, en dat licht zie jij als gekleurde slingers en gordijnen aan de hemel. Het principe is eenvoudig, maar wat er precies achter zit, is de moeite waard om te begrijpen.

Van de zon naar de aarde: de reis van de deeltjes

De zon stoot voortdurend een stroom van geladen deeltjes uit, voornamelijk elektronen en protonen. Die stroom heet de zonnewind. Normaal gesproken houdt het magnetisch veld van de aarde deze deeltjes op afstand. Maar aan de noord- en zuidpool is dat magneetveld zwakker en buigt het naar binnen. Daar kunnen de geladen deeltjes de atmosfeer wel bereiken.

Langs de veldlijnen van het aardmagneetveld glijden de deeltjes omlaag, de hogere lagen van de dampkring in. Ze botsen daar met zuurstof- en stikstofatomen op een hoogte van ruwweg 100 tot 300 kilometer boven de grond. Op die hoogte is de lucht nog ijl genoeg dat de deeltjes ver komen, maar dicht genoeg dat er echt botsingen plaatsvinden.

Hoe de botsingen licht maken

Wanneer een snel elektron botst met een atoom, geeft het energie af. Dat atoom raakt daardoor “opgewonden”: de elektronen in het atoom springen naar een hogere energieschil. Dat is niet stabiel, dus binnen een fractie van een seconde vallen ze terug naar hun normale positie. De vrijgekomen energie verlaat het atoom als een lichtdeeltje, een foton. Dat foton heeft een specifieke kleur die afhankelijk is van het gas en de hoogte.

Dit principe werkt precies hetzelfde als in een tl-buis of een neonlamp: elektrisch gestimuleerde gas geeft licht. Het verschil is dat bij het noorderlicht de zon de energie levert en de hele bovenkant van de aardatmosfeer het “scherm” is.

Waarom heeft noorderlicht zo veel kleuren?

De kleur hangt af van welk gas wordt geraakt en op welke hoogte dat gebeurt. Dit zijn de bekendste combinaties:

• Groen: de meest voorkomende kleur. Dit komt van zuurstofatomen op een hoogte van ongeveer 100 tot 150 kilometer.
• Rood: ook afkomstig van zuurstof, maar dan hoger in de atmosfeer, boven de 150 kilometer. Rood noorderlicht zie je minder vaak en is niet altijd met het blote oog zichtbaar.
• Paars en blauw: dit komt van stikstofatomen. Stikstof geeft ook roze tinten als het op lagere hoogtes wordt geraakt.

Groen is zo gewoon omdat zuurstof op die middelste hoogte het meest voorkomt én het makkelijkst te stimuleren is. Rood zuurstofnoorlicht vraagt meer energie en een ijlere atmosfeer; dat is een zeldzamere combinatie.

Wanneer is het noorderlicht het sterkst?

Hoe actiever de zon is, hoe meer geladen deeltjes de aarde bereiken en hoe feller het noorderlicht. De activiteit van de zon volgt een cyclus van ongeveer elf jaar, met een piek die “zonnemax” heet. Rond zo’n piek vind je vaker en intensere zonne-uitbarstingen, zogeheten coronale massa-uitstoten (CME’s). Die gooien in één klap enorme wolken plasma de ruimte in. Als zo’n wolk de aarde raakt, kan het noorderlicht zelfs op lagere breedtegraden zichtbaar zijn.

Op een gewone nacht zijn de lichten te zien in een ring rond de magnetische pool, de zogenaamde aurorrale zone. Die loopt ruwweg door Noord-Noorwegen, Noord-Finland, IJsland en Alaska. Hoe dichter je bij die zone bent en hoe donkerder en helderder de lucht, hoe groter de kans dat je het verschijnsel ziet.

Noorderlicht is dus geen toevallig lichtspel, maar het directe gevolg van de constante wisselwerking tussen de zon en de aarde. De zon levert de energie, het aardmagneetveld stuurt de deeltjes, en de gassen in de dampkring zetten die energie om in kleur. Dat maakt elke vertoning tegelijk vertrouwde natuur- en scheikunde en iets dat je nooit vergeet als je het eenmaal hebt gezien.