Zorza polarna to niezwykle piękne, a zarazem niepokojące zjawisko. Niepokoi ono również naukowców, którzy wciąż dokładnie nie wiedzą, jak zorze powstają. Wiadomo tylko tyle, że przyczyną jest wiatr słoneczny, zatrzymywany w rozciągliwym magnetycznym ogonie ciągnącym się na setki tysięcy kilometrów w nocnym cieniu naszego globu. Co jakiś czas ogon ten staje się zbyt rozciągnięty i jak napięta gumka wraca, wystrzeliwując w kierunku Ziemi cały przechowywany ładunek protonów i elektronów.

Wspomniane zjawisko zwane rekonekcją (reconnection) trwa to od 10 minut do kilku godzin, w czasie których na ziemskich biegunach pojawiają się zorze. Światło jest skutkiem zderzeń rozpędzonych cząstek z atomami atmosferycznych gazów.

Nikt nie wie jednak, czy są to te same cząstki, które zostały złapane przez ogon Ziemi – tym bardziej, że przecież zorza pojawia się nie tylko po nocnej stronie naszej planety. Zazwyczaj uważa się, że od ogona do biegunów podczas doładowania płynie potężny prąd elektryczny. Jednak wyniki najnowszych amerykańskich badań opublikowane w ostatnim numerze Science wskazują, że mechanizm transportu energii na bieguny jest zupełnie inny.

Zorze polarne zawdzięczamy najprawdopodobniej tak zwanym falom Alfvena. Są to fale elektromagnetyczne przemieszczające się wzdłuż linii sił ziemskiego pola magnetycznego. Podczas doładowania z ogona powstają fale poruszające się z prędkością rzędu 11 tysięcy kilometrów na godzinę.

Fale mogą przekazywać swoją energię elektronom, nadając im przyspieszenie skierowane wzdłuż linii pola magnetycznego. Kiedy elektrony zderzają się z górną warstwą atmosfery, wzbudzają atomy, które są odpowiedzialne za kolory zorzy.

„Nie wiemy dokładnie, co porusza linie pola, ale podobny proces może wyjaśnić zwiększoną temperaturę korony słonecznej, uwalnianie energii podczas rozbłysków słonecznych i przyspieszenie wiatru słonecznego” – mówi profesor John Wygant. – „Na granicy plam słonecznych niektórzy naukowcy odkryli już wcześniej falowanie linii pola magnetycznego. Zrozumienie, co powoduje te fale i w jaki sposób przenoszą one energię, jest ważne dla zrozumienia zjawiska, który kryje się za procesem przyspieszania cząsteczek na wielką skalę, który to zachodzi na przykład w dżetach materii wyrzucanych z czarnych dziur„.

Niepodważalnym źródłem energii, która kryje się za zorzami jest wiatr słoneczny. Składa on się głównie z protonów i elektronów. Związane z nim jest pole magnetyczne, które, podróżując, napotyka ziemskie pole magnetyczne na wysokości dziesiątek tysięcy kilometrów. Pole magnetyczne Ziemi wygląda podobnie jak pole zwykłego magnesu sztabkowego. Kiedy pole magnetyczne wiatru słonecznego zaczyna ślizgać się po liniach pola ziemskiego, przechwytuje niektóre z linii pola i rozciąga je dalej w przestrzeń kosmiczną po nocnej stronie Ziemi. Rozciąganie takie energetyzuje pole, które w pewnym momencie jak gumka, urywa się i wraca ku Ziemi. Proces ponownego łączenia się linii pola ziemskiego wytwarza fale wzdłuż pola magnetycznego. Energia fali przekazywana jest elektronom, które są wysyłane wzdłuż linii pola w kierunku atmosfery. Kolor zorzy zależy od głębokości, na jaką elektrony wnikną w atmosferę i jakie atomy wzbudzą.

Analiza pomiarów prowadzonych w 1997 roku przez satelitę Polar wykazała, że natężenie fal elektromagnetycznych na wysokości od 25 do 38 tysiecy kilometrów nad Ziemią doskonale koreluje się z położeniem, kształtem i rozkładem intensywności owalu zorzy polarnej, więc fale mogą być ich źródłem. Największą intensywność zjawiska notowano w trzech punktach owalu o czasie miejscowym wynoszącym odpowiednio 22:30, 9:00 i 15:00. Wysokość kurtyn zorzy i ich barwa zależy od prędkości rozpędzonych elektronów i protonów wpadających w atmosferę oraz wzbudzanych w niej gazów. Opisywane pomiary energii elektronów znajdujących się na wysokości 19 000 kilometrów (gdzie elektrony są przyspieszane) potwierdziły, że energia fali jest wystarczająca, by dzięki niej powstawały zorze.