Σέλας

Γενικά

Το φαινόμενο παρουσιάζει ποικιλία χρωμάτων και σχεδίων, με αιφνίδιες εμφανίσεις και με γρήγορες σχετικά μεταμορφώσεις. Η εμφάνιση του Σέλαος, αν και πολύ σπάνια για παραμεσόγειες χώρες, κίνησε το ενδιαφέρον των ανθρώπων από την αρχαιότητα και ήταν γνωστό στους αρχαίους Έλληνες. Πρώτος επιστημονικά παρατηρητής του φαινομένου φέρεται ο Αριστοτέλης που όπως αναφέρει στα Μετεωρολογικά (Α',5): «Φαίνεται δέ ποτε συνιστάμενα νύκτωρ αἰθρίας οὔσης πολλὰ φάσματα ἐν τῷ οὐρανῷ..., ἡμέρας μὲν οὖν ὁ ἥλιος κωλύει, νυκτὸς δ' ἔξω τοῦ φοινικοῦ (δηλαδή του ιώδους), τὰ ἄλλα δι' ὁμόχροιαν οὐ φαίνεται», που σημαίνει ότι πρέπει να είχε παρατηρήσει έντονα το φαινόμενο του Σέλαος κατά τη διάρκεια αίθριας νύκτας. Η φωτοβολία της ατμόσφαιρας, πάντα κατά τον Αριστοτέλη, δεν είναι ομοιογενής αλλά τα φάσματα του φαινομένου αυτού παρουσιάζουν χάσματα. Τέτοια φαινόμενα, τα οποία γενικά ονομάζονται aurorae, δημιουργούνται από τη σύγκρουση φορτισμένων σωματιδίων, κυρίως ηλεκτρονίων αλλά και πρωτονίων, προερχόμενα από το διάστημα που παγιδεύονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης.

Περιοχές παρατηρήσεων

Το Σέλας, τόσο το Βόρειο όσο και το Νότιο, παρατηρείται συχνότερα κατά μήκος ζώνης της οποίας το κέντρο απέχει από τους πόλους περίπου 10 μοίρες, ενώ ακριβώς πάνω από τους πόλους εμφανίζεται πολύ αραιότερα. Το κέντρο π.χ. της ζώνης εμφάνισης του Βόρειου Σέλαος βρίσκεται κοντά στη βορειοδυτική ακτή της Γροιλανδίας και άρα πιο κοντά στην Αμερικανική ήπειρο παρά στην Ευρώπη και αυτό γιατί η ζώνη αυτή εκτείνεται μέχρι γεωγραφικό πλάτος 57 περίπου μοιρών προς τον Καναδά, ενώ μέχρι 77 στην Ευρώπη. Έτσι όσο νοτιότερα απομακρυνόμαστε από αυτή τη ζώνη τόσο σπανιότερη γίνεται και η εμφάνιση του φαινομένου.

Επικρατέστερη θεωρία

Επικρατέστερο χρώμα του Σέλαος είναι γενικά το λευκό. Όταν όμως παρατηρείται χρωματισμένο, τότε το κόκκινο επικρατεί στο χαμηλότερο άκρο των ακτίνων που πέφτουν κάθετα, το πράσινο στο ανώτερο και μεταξύ αυτών το κίτρινο που γρήγορα εξαφανίζεται. Από τη φασματοσκοπική ανάλυση του φωτός των Σελάων παρατηρήθηκαν εντός του φάσματος αυτών 150 γραμμές από τις οποίες η φωτεινότερη και σταθερότερη ανήκει στο στοιχείο κρυπτόν ως και στο οξυγόνο και στο άζωτο. Μέχρι την 10ετία του '50 υπήρχαν μόνο θεωρίες περί της αιτίας της δημιουργίας του όχι όμως και μακριά από την πραγματικότητα. Επικρατέστερη θεωρία ήταν εκείνη του Αρένιους όπου το Σέλας προέρχεται από ακτινοβολούμενο από τον Ήλιο κονιορτό από σώματα αρνητικά ηλεκτρισμένα τα οποία κατά την είσοδό τους στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας προκαλούν φωτεινά φαινόμενα ανάλογα με εκείνα που παρατηρούνται στους σωλήνες Kρούκς.

Σύγχρονη θεωρία

Με την εξέλιξη όμως των επιστημών και των μέσων έρευνας η δεσπόζουσα θεωρία που αποδείχθηκε και πειραματικά είναι ότι γενεσιουργός αιτία καθίσταται ο βομβαρδισμός των υψηλών ατμοσφαιρικών στρωμάτων από ηλεκτρόνια που προέρχονται από τη συνεχή ροή φορτισμένων σωματίων από τον Ήλιο, που ονομάζεται ηλιακός άνεμος. Η πλειονότητα των φορτισμένων αυτών σωματίων, που είναι κυρίως πυρήνες υδρογόνου και ηλεκτρόνια, εκτρέπονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Ωστόσο σημαντικό μέρος τους εισχωρεί στη γήινη μαγνητόσφαιρα, όπου επιταχύνεται σε μεγάλες ενέργειες από ηλεκτρομαγνητικά πεδία κατά τη διάρκεια μαγνητικών καταιγίδων. Ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας και μικρής γωνίας κλίσης ως προς τις μαγνητικές γραμμές φτάνουν μέχρι την ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου διεγείρουν άτομα οξυγόνου και αζώτου. Η διέγερση επιτελείται με την μετατόπιση των ηλεκτρονίων αυτών των ατόμων σε ανώτερες ενεργειακές στοιβάδες, όπου όμως δεν μπορούν να παραμείνουν για πολύ. Με την επάνοδο στην αρχική τους κατάσταση εκπέμπουν την περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτός. Το χρώμα του φωτός εξαρτάται από το είδος του ατόμου που διεγείρεται και από την ενεργειακή διαφορά των στοιβάδων διέγερσης και ηρεμίας των ηλεκτρονίων του ατόμου.

Σύγχρονα πειράματα και παρατηρήσεις

Στα σύγχρονα πειράματα εκτός εκείνο του καθηγητή Storner του Πανεπιστημίου του Όσλο που κατασκεύασε ειδική συσκευή για την απόδειξη της επικρατέστερης θεωρίας, το 1958 τότε που ακόμα δεν είχαν απαγορευθεί οι πυρηνικές δοκιμές, σχεδιάστηκε ένα πείραμα ακριβώς με χρήση τριών πυρηνικών εκρήξεων. Συγκεκριμένα το έτος εκείνο εκτοξεύθηκαν σε ύψος 500 χλμ. τρεις μικρές ατομικές βόμβες στο Νότιο Ατλαντικό ωκεανό στα γεωγραφικά πλάτη (νότια) 38° και 50°. Αμέσως μετά τις εκρήξεις και σε χρόνο μόλις ενός πρώτου λεπτού της ώρας εμφανίσθηκε στο βόρειο ημισφαίριο, σε προκαθορισμένα γεωγραφικά πλάτη, άλλο Σέλας, που σήμαινε πως τα ηλεκτρόνια της έκρηξης, μετά από ένα ταχύτατο ταξίδι σε ύψος 4000 χλμ πάνω από την επιφάνεια της Γης, ξαναγύρισαν και δημιούργησαν τεχνητό Σέλας σε απόσταση πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων από το σημείο της έκρηξης. Μάλιστα δε υπολογίσθηκε πως για αρκετές ώρες τα «τεχνητά» αυτά ηλεκτρόνια ταξίδευαν μέσα στο μαγνητικό πεδίο της Γης από τον Βόρειο στο Νότιο Πόλο και από τον Νότιο στον Βόρειο εκατομμύρια φορές. Το πείραμα αυτό εξ όσων έχουν δημοσιευθεί έχει επαναληφθεί με θεαματικότερα αποτελέσματα το 1962.
Για το 2013, το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Όσλο οργάνωσε το STAR Project, μια ομάδα από 50 δορυφόρους σε μέγεθος συσκευασίας γάλακτος του ενός λίτρου. Οι δορυφόροι θα κινούνται σε διαφορετικά ύψη μεταξύ των 160 και 320 χιλιομέτρων, μέσα στην ιονόσφαιρα, μαζεύοντας στοιχεία και ύστερα από 3 με 8 εβδομάδες θα πέσουν στη Γη. Ο σκοπός της αποστολής είναι η μελέτη του Σέλαος και των μαγνητικών καταιγίδων όταν ο Ήλιος φθάσει στη μέγιστη δραστηριότητα στον 11ετή κύκλο του το 2013.

Σέλας σε άλλους πλανήτες

Τόσο ο Δίας όσο και ο Κρόνος έχουν μαγνητικά πεδία που είναι ισχυρότερα από τη Γη (η ισχύς του ισημερινού πεδίου του Δία είναι 4,3 gauss, σε σύγκριση με 0,3 gauss για τη Γη), και επίσης και οι δύο έχουν εκτεταμένες ζώνες ακτινοβολίας. Σέλας έχει παρατηρηθεί και στους δύο πλανήτες αερίων, χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, καθώς και στον Ουρανό και στον Ποσειδώνα. 
Τα Σέλας στους γίγαντες του φυσικού αερίου φαίνεται, όπως και η Γη, να τροφοδοτούνται από τον ηλιακό άνεμο. Επιπλέον, όμως, τα φεγγάρια (δορυφόροι) του Δία, ειδικά η Ιώ, είναι ισχυρές πηγές για το σέλας στον Δία. Αυτά προκύπτουν από τα ηλεκτρικά ρεύματα κατά μήκος των δυναμικών γραμμών του πεδίου ("ρεύματα ευθυγραμμισμένα στο πεδίο"), τα οποία παράγονται από έναν μηχανισμό δυναμό λόγω της σχετικής κίνησης μεταξύ του περιστρεφόμενου πλανήτη και του κινούμενου δορυφόρου. Η Iώ, που έχει ενεργό ηφαιστειότητα και ιονόσφαιρα, είναι μια ιδιαίτερα ισχυρή πηγή και τα ρεύματά του παράγουν και ράδιο εκπομπές, οι οποίες έχουν μελετηθεί από το 1955. Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, έχουν παρατηρηθεί σέλαα στην Ιώ,την Ευρώπη και τον Γανυμήδη.