Hipnotyzująca zorza polarna z jaskrawymi zielonymi, czerwonymi i fioletowymi zasłonami od dawna przyciąga obserwatorów nocnego nieba. Jednakże niedawne pojawienie się dziwnych zjawisk przypominających zorzę polarną – fioletowo-białe smugi znane jako „Steve” i często im towarzyszące… Świecąca zieleń „Picket Fence” – wzbudził zainteresowanie zarówno naukowców, jak i obserwatorów nieba.
Zidentyfikowana po raz pierwszy w 2018 r. jako odmiana bardziej znanej zorzy polarnej Steve, nazwana na cześć postaci z filmu dla dzieci z 2006 r., początkowo uważano, że zjawisko płotu jest wynikiem tych samych procesów fizycznych co zorza polarna. Jednak to założenie pozostawiło wiele pytań bez odpowiedzi na temat pochodzenia ich unikalnej emisji świecenia.
Nowy mechanizm generuje rozbłyski na niebie
Wchodzi Claire Gaskey, obiecująca absolwentka fizyki na Uniwersytecie im Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley. Gaske zaproponował interesujące wyjaśnienie tych zjawisk, proponując mechanizm fizyczny zupełnie odmienny od tego, który odpowiada za konwencjonalne zorze polarne.
„W niektórych przypadkach wywróciłoby to do góry nogami nasz model tego, co wytwarza światło i energię w zorzy polarnej” – powiedział Gaskey. „To naprawdę fajne i obecnie jest to jedna z największych tajemnic fizyki kosmicznej”.
We współpracy z Laboratorium Nauk Kosmicznych (SSL) W Berkeley Gaske wzywa do a NASA Misja wystrzelenia rakiety w stronę zorzy polarnej w celu potwierdzenia swojej hipotezy. Badania te zbiegają się z wejściem Słońca w bardziej aktywną fazę swojego 11-letniego cyklu, co sprawia, że jest to dogodny moment na badanie rzadkich wydarzeń, takich jak Steve i płot.
Odróżnienie „Steve’a” od zorzy zwyczajnej
Badania Gaskeya skupiają się na dziwnym zachowaniu pól elektrycznych w górnych warstwach atmosfery. Sugeruje to, że pola te, równoległe do pola magnetycznego Ziemi, mogą wytwarzać spektrum kolorów obserwowane w zjawisku płotu.
Hipoteza ta podważa obecne modele wytwarzania światła zorzowego i energii i ma ważne implikacje dla naszego zrozumienia interakcji pomiędzy ziemską magnetosferą a jonosferą.
Zorze polarne powstają w wyniku energetyzowania cząstek wiatru słonecznego w magnetosferze Ziemi, powodując, że cząsteczki tlenu i azotu w górnych warstwach atmosfery emitują światło o określonych częstotliwościach.
Jednak STEVE pokazuje szeroki zakres częstotliwości skupiony wokół magenty lub fioletu, bez niebieskiego światła typowego dla bardziej energetycznych interakcji cząstek w zorzy polarnej. Co ciekawe, Steve i płotek występują na niższych szerokościach geograficznych niż typowa zorza polarna, być może nawet w pobliżu równika.
W grę wchodzą równoległe pola elektryczne
Badania Gaskeya zakładają, że emisje z „płotu” są generowane przez pola elektryczne na małych wysokościach, równolegle do ziemskiego pola magnetycznego. Korzystając z powszechnie akceptowanego modelu fizycznego jonosfery, wykazała, że równoległe pole elektryczne o natężeniu około 100 miliwoltów na metr na wysokości około 110 km może przyspieszać elektrony.
Przyspieszenie to jest wystarczające, aby aktywować atomy tlenu i azotu, co prowadzi do emisji gazu Spektrum światła Zaobserwowane w poświatach „Picket Fence” i „Steve’s”. Zidentyfikowano także wyjątkowe warunki w tym regionie, takie jak niska gęstość plazmy i zwiększona obecność obojętnych atomów tlenu i azotu. Mogą one działać jako izolator, zapobiegając powodowaniu zwarcia przez pole elektryczne.
„Jeśli spojrzeć na zasięg płotu, jest on o wiele bardziej zielony, niż można by się spodziewać. Nie ma niebieskiego koloru pochodzącego z jonizacji azotu” – powiedział Gaskey. „To mówi nam, że istnieje tylko określony zakres energii elektrony, które mogą tworzyć te kolory.” „Nie może przedostać się z kosmosu do atmosfery, ponieważ te cząstki mają za dużo energii”.
Zamiast tego powiedziała: „Światło emitowane przez płot jest generowane przez cząstki, które muszą być zasilane w przestrzeni kosmicznej przez równoległe pole elektryczne. Jest to mechanizm bardzo odmienny od mechanizmu zorzy polarnej, którą badaliśmy lub znamy”. zanim.”
Szukaj Steve’a za pomocą rakiet
Briana Hardingaasystent fizyka badawczego w SSL i współautor artykułu Gaskeya, podkreśla znaczenie tego odkrycia.
„Naprawdę interesującą rzeczą w artykule Clare jest to, że od kilku lat wiemy, że widmo Steve’a mówi nam, że zachodzi pewna bardzo dziwna fizyka. Nie wiedzieliśmy, co to jest” – powiedział Brian. „Badania Clare wykazały, że równoległe pola elektryczne są w stanie wyjaśnić to dziwne widmo.”
Zespół proponuje wystrzelenie rakiet z Alaski w celu pomiaru pól elektrycznych i magnetycznych w obrębie tych zjawisk i sprawdzenia słuszności ich hipotez. Przedsięwzięcie to wpisuje się w tani dostęp NASA do przestrzeni kosmicznej (LCAS) Oczekuje się, że pogłębi to naszą wiedzę na temat chemii i fizyki górnych warstw atmosfery. Początkowo celem będzie tak zwana wzmocniona zorza polarna, czyli zwykła zorza polarna zawierająca emisje przypominające „Steve’a” i „sztyfę”.
„Wzmocniona zorza polarna to w zasadzie ta jasna warstwa zawarta w normalnej zorzy polarnej. Kolory są podobne do płotu, ponieważ nie ma tu tak dużo błękitu, jest więcej zieleni z tlenu i czerwieni z azotu. Hipoteza jest taka, że te kolory również powstają z „ Ścieżka równoległych pól elektrycznych, ale są one znacznie częstsze niż płoty.”
Plan zakłada nie tylko „przelot rakiety przez tę ulepszoną warstwę, aby po raz pierwszy faktycznie zmierzyć równoległe pola elektryczne” – powiedziała, ale także wysłanie drugiej rakiety w celu pomiaru cząsteczek na większych wysokościach „w celu rozróżnienia warunków. ” „Jedna z tych, które powodują zorzę polarną.” W końcu ma nadzieję, że uda jej się zdobyć rakietę, która przeleci bezpośrednio przez Steve’a i płot.
Ciekawość napędza poszukiwania zorzy, Steve.
Gaskey przypisuje swój sukces współpracy z ekspertami badającymi różne warstwy atmosfery, w tym mezosferę i stratosferę. To multidyscyplinarne podejście umożliwiło znaczny postęp w zrozumieniu różnicy między zorzą polarną a STEVE.
Harding, Gaske i ich współpracownicy złożyli do NASA propozycję rozpoczęcia kampanii rakietowej tej jesieni, spodziewając się odpowiedzi w sprawie jej wyboru w pierwszej połowie 2024 r. Gaske i Harding postrzegają eksperyment jako kluczowy krok w kierunku zrozumienia chemii i fizyki rakiety planeta. Górna atmosfera, jonosfera i magnetosfera Ziemi.
„Można śmiało powiedzieć, że w przyszłości będzie wiele badań dotyczących tego, w jaki sposób te pola elektryczne się tam dostały, jakie fale są z nimi powiązane, a jakie nie, i co to oznacza dla większego transferu energii między ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną, – powiedział Harding. „Naprawdę nie wiemy. Artykuł Clare jest pierwszym krokiem w kierunku takiego zrozumienia.
Zespół z niecierpliwością czeka na decyzję NASA w sprawie proponowanej kampanii rakietowej, która ma się odbyć w pierwszej połowie 2024 roku.
Krótko mówiąc, badania prowadzone przez Claire Gaske stanowią kluczowy postęp w fizyce kosmicznej. Gaskey podkreślił nieuchwytną naturę „Steve’a” i „ogrodzenia” jako coś innego niż zorza polarna. W miarę postępu cyklu słonecznego wyniki te obiecują nie tylko rozwikłać tajemnice tych zjawisk, ale także poszerzyć nasze szersze zrozumienie dynamicznej interakcji między Ziemią a przestrzenią kosmiczną.
Więcej o zorzy polarnej
Zorza polarna, powszechnie znana jako zorza polarna i południowa, to hipnotyzujący pokaz naturalnego światła na ziemskim niebie polarnym. Dzieje się tak dzięki wspaniałej interakcji pomiędzy atmosferą ziemską a wiatrem słonecznym.
Jak szczegółowo omówiono powyżej, naukowcy uważają, że STEVE i płotek powstają w wyniku tych samych procesów fizycznych, co zorza polarna. Jednak to przekonanie pozostawiło wiele pytań bez odpowiedzi na temat pochodzenia ich unikalnej świecącej emisji.
Pochodzenie: połączenie słońca
Słońce, źródło energii i cząstek, stale emituje wiatry słoneczne, które są strumieniami naładowanych cząstek. Podczas swojej podróży w kierunku Ziemi cząstki te napotykają ziemskie pole magnetyczne, które odgrywa kluczową rolę w powstaniu zorzy polarnej.
Kiedy dociera do Ziemi, wiatr słoneczny podlega wpływowi jego pola magnetycznego. Ziemskie pole magnetyczne rozciągające się w przestrzeń kosmiczną działa jak tarcza i kieruje te cząstki w stronę biegunów. Tutaj linie pola magnetycznego kierują te naładowane cząstki do górnych warstw atmosfery Ziemi.
Wyświetla flagę Steve’a i zorzę polarną
Podstawowe zjawisko zórz polarnych występuje, gdy te naładowane cząstki, zwłaszcza elektrony, zderzają się z gazami, takimi jak tlen i azot, znajdującymi się w atmosferze ziemskiej. Zderzenie to przekazuje energię cząsteczkom gazu, wzbudzając je i powodując emisję światła, co jest esencją pokazów zorzy polarnej.
Specyficzne kolory zorzy polarnej i STEVE, od zielonego i czerwonego po niebieski i fioletowy, zależą od rodzaju gazu i wysokości tych interakcji.
Aktywność słoneczna w ogromnym stopniu wpływa na intensywność i częstotliwość zorzy polarnej. Podczas maksimum słonecznego wzmożone rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy powodują intensywniejsze i częstsze zorze polarne. I odwrotnie, minimum słoneczne powoduje zmniejszoną aktywność zorzy.
Znaczenie kulturowe i historyczne
Oprócz swojej świetności wizualnej, zorze dostarczają cennych informacji na temat dynamiki ziemskiej magnetosfery i jej interakcji z promieniowaniem słonecznym. Badanie zorzy polarnej przyczynia się do zrozumienia, w jaki sposób ziemskie pole magnetyczne chroni nas przed szkodliwymi emisjami słonecznymi.
Zorza polarna zajmowała szczególne miejsce w różnych kulturach, inspirując mity i folklor. Od bycia tarczą Walkirii w mitologii nordyckiej po reprezentowanie duchów przodków w rdzennych wierzeniach, zorza polarna była źródłem cudów i inspiracji na przestrzeni dziejów.
Krótko mówiąc, zorza polarna, ze swoim oszałamiającym pięknem, to coś więcej niż tylko spektakl wizualny. Jest to dynamiczna interakcja między wiatrem słonecznym a polem magnetycznym naszej planety, zapewniająca wgląd w tarczę ochronną Ziemi i nieprzerwanie fascynująca ludzi niezależnie od kultur i pokoleń.
Pełne badanie opublikowano w czasopiśmie Listy z badań geofizycznych.
—–
Podoba Ci się to, co przeczytałem? Zapisz się do naszego newslettera, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.
—–
Odwiedź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.
