Užburianti aurora ryškiai žaliomis, raudonomis ir violetinėmis užuolaidomis jau seniai žavi naktinio dangaus stebėtojus. Tačiau pastaruoju metu atsirado keistų į aurorą panašių reiškinių – violetiškai baltų dryžių, žinomų kaip „Steve“, ir juos dažnai lydinčių… Žaliai švytinti „Piketinė tvora“ – sukėlė mokslininkų ir dangaus stebėtojų susidomėjimą.

Pirmą kartą 2018 m. identifikuotas kaip garsesnės pašvaistės Steve’o, pavadinto 2006 m. filmo vaikams veikėjo vardu, variantas, iš pradžių buvo manoma, kad piketo tvoros reiškinys yra tų pačių fizinių procesų, kaip ir aurora, rezultatas. Tačiau ši prielaida paliko daug neatsakytų klausimų apie unikalią jos kilmę Kaitrinės emisijos.

Naujas mechanizmas generuoja dangų

Įveskite Claire Gaskey, perspektyvią fizikos magistrantę iš universiteto Kalifornijos universitetas, Berklis. Gaske pasiūlė įdomų šių reiškinių paaiškinimą, pasiūlydamas fizinį mechanizmą, visiškai kitokį nei tas, kuris atsakingas už įprastines auroras.

„Tai apverstų mūsų modelį, kas kai kuriais atvejais sukuria šviesą ir energiją aurora“, – sakė Gaskey. „Tai tikrai šaunu, ir šiuo metu tai yra viena didžiausių kosmoso fizikos paslapčių.

Bendradarbiaujant su Kosmoso mokslų laboratorija (SSL) Berklyje Gaske ragina a NASA Misija paleisti raketą į Aurora borealis, kad patvirtintų savo hipotezę. Šis tyrimas sutampa su Saulės įžengimu į aktyvesnę savo 11 metų ciklo fazę, todėl tai yra tinkamas momentas tirti retus įvykius, tokius kaip Steve’as ir tvora.

„Steve“ atskyrimas nuo paprastosios auroros

Gaskey tyrime daugiausia dėmesio skiriama keistam elektrinių laukų elgesiui viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Tai rodo, kad šie laukai, lygiagrečiai Žemės magnetiniam laukui, gali sukurti spalvų spektrą, pastebėtą piketo tvoros reiškinyje.

Ši hipotezė meta iššūkį dabartiniams auros šviesos ir energijos generavimo modeliams ir turi svarbių pasekmių mūsų supratimui apie Žemės magnetosferos ir jonosferos sąveiką.

Įprastas auroras sukelia Saulės vėjas, suteikiantis energijos Žemės magnetosferoje, todėl viršutinėje atmosferoje esančios deguonies ir azoto molekulės skleidžia specifinio dažnio šviesą.

Tačiau STEVE rodo platų dažnių diapazoną, sutelktą aplink purpurinę arba violetinę spalvą, be mėlynos šviesos, būdingos energingesnei dalelių sąveikai auroroje. Įdomu tai, kad Steve’as ir piketo tvora yra žemesnėse platumose nei tipinė aurora, galbūt net prie pusiaujo.

Veikia lygiagretūs elektriniai laukai

Gaskey tyrimai teigia, kad emisijas iš „piketo tvoros“ generuoja elektriniai laukai mažame aukštyje lygiagrečiai Žemės magnetiniam laukui. Naudodama plačiai pripažintą fizinį jonosferos modelį, ji parodė, kad lygiagretus maždaug 100 milivoltų vienam metrui elektrinis laukas maždaug 110 km aukštyje gali pagreitinti elektronus.

Šio pagreičio pakanka, kad suaktyvėtų deguonies ir azoto atomai, o tai lemia dujų išmetimą Šviesos spektras Pastebėtas „Picket Fence“ ir „Steve’s“ švytėjimuose. Jis taip pat nustatė unikalias šio regiono sąlygas, tokias kaip mažas plazmos tankis ir padidėjęs neutralaus deguonies bei azoto atomų buvimas. Jie gali veikti kaip izoliatorius, neleidžiantys elektriniam laukui sukelti trumpojo jungimo.

„Jei pažvelgsite į tvoros diapazoną, jis yra daug žalesnis, nei tikitės. Nėra mėlynos spalvos, kuri atsiranda dėl azoto jonizacijos”, – sakė Gaskey. „Tai mums sako, kad yra tik tam tikras energijos diapazonas elektronų, kurie gali sukurti tas spalvas.“ „Jis negali patekti iš kosmoso į atmosferą, nes tos dalelės turi per daug energijos“.

Vietoj to ji sakė: „Piketo tvoros skleidžiamą šviesą generuoja dalelės, kurios erdvėje turi būti maitinamos lygiagrečiu elektriniu lauku – mechanizmu, kuris labai skiriasi nuo bet kurios mūsų ištirtos ar žinomos auroros. anksčiau“.

Ieškokite Steve’o su raketomis

Brianas HardingasSSL tyrimo fiziko padėjėjas ir Gaskey straipsnio bendraautoris pabrėžia šio atradimo svarbą.

„Tikrai įdomus dalykas Clare dokumente yra tai, kad mes jau porą metų žinojome, kad Steve’o spektras mums rodo, kad vyksta labai keista fizika. Mes nežinojome, kas tai yra”, – sakė Brianas. „Clare tyrimas parodė, kad lygiagrečiai elektriniai laukai gali paaiškinti šį keistą spektrą.

Komanda siūlo paleisti raketas iš Aliaskos, kad būtų galima išmatuoti šių reiškinių elektrinius ir magnetinius laukus, siekiant patikrinti jų hipotezių pagrįstumą. Šios pastangos atitinka NASA pigią prieigą prie kosmoso (LCAS) Tikimasi, kad tai pagilins mūsų supratimą apie viršutinių atmosferos sluoksnių chemiją ir fiziką. Iš pradžių taikinys bus tai, kas žinoma kaip patobulinta pašvaistė, kuri yra įprasta aurora, kurioje yra „Steve“ ir „piketo tvoros“ tipo emisijos.

„Patobulinta aurora iš esmės yra šis ryškus sluoksnis, įtrauktas į įprastą aurorą. Spalvos yra panašios į tvoros tvorą, nes nėra tiek daug mėlynos spalvos, daugiau žalios iš deguonies ir raudonos iš azoto. Hipotezė yra ta, kad jos taip pat atsiranda dėl „. Lygiagrečių elektrinių laukų kelias, bet jie daug labiau paplitę nei piketinės tvoros.

Planas yra ne tik „skraidinti raketą per tą patobulintą sluoksnį, kad iš tikrųjų pirmą kartą išmatuotų tuos lygiagrečius elektrinius laukus“, – sakė ji, bet ir išsiųsti antrą raketą, kuri išmatuotų molekules didesniame aukštyje, „kad būtų galima atskirti sąlygas. “ „Vienas iš tų, kurie sukelia aurorą.“ Galiausiai ji tikisi gauti raketą, kuri praskris tiesiai pro Styvą ir piketo tvorą.

Smalsumas skatina ieškoti auroros, Steve.

Gaskey savo sėkmę sieja su bendradarbiavimu su ekspertais, tyrinėjančiais skirtingus atmosferos sluoksnius, įskaitant mezosferą ir stratosferą. Šis daugiadalykis požiūris leido didelę pažangą suprasti skirtumą tarp auroros ir STEVE.

Hardingas, Gaske ir jų kolegos pateikė NASA pasiūlymą pradėti raketų kampaniją šį rudenį, tikėdamiesi atsako į jos pasirinkimą 2024 m. pirmąjį pusmetį. Gaske ir Harding mano, kad eksperimentas yra esminis žingsnis siekiant suprasti raketų chemiją ir fiziką. planeta. Viršutinė atmosfera, jonosfera ir Žemės magnetosfera.

„Sąžininga sakyti, kad ateityje bus atlikta daug tyrimų apie tai, kaip tie elektriniai laukai ten atsirado, kokios bangos yra su jomis susijusios arba nesusijusios ir ką tai reiškia didesniam energijos perdavimui tarp Žemės atmosferos ir kosmoso. “, – sakė Hardingas. „Mes tikrai nežinome. Klarės dokumentas yra pirmasis žingsnis siekiant šio supratimo.

Komanda nekantriai laukia NASA sprendimo dėl siūlomos raketų kampanijos, kuri turėtų įvykti pirmoje 2024 m. pusėje.

Trumpai tariant, Claire Gaske vadovaujamas tyrimas yra esminis kosmoso fizikos pažanga. Gaskey pabrėžė nepagaunamą „Steve“ ir „piketo tvoros“ prigimtį kaip ką nors kitą nei pašvaistė. Saulės ciklui progresuojant, šie rezultatai žada ne tik atskleisti šių reiškinių paslaptis, bet ir pagerinti mūsų platesnį supratimą apie dinamišką Žemės ir kosmoso sąveiką.

Daugiau apie šiaurės pašvaistę

Aurora Borealis, paprastai žinomas kaip šiaurės ir pietų pašvaistė, yra užburiantis natūralios šviesos šou Žemės poliariniame danguje. Tai atsiranda dėl nuostabios Žemės atmosferos ir saulės vėjo sąveikos.

Kaip išsamiai aptarta aukščiau, mokslininkai mano, kad STEVE ir piketo tvorą sukelia tie patys fiziniai procesai, kaip ir aurora. Tačiau šis įsitikinimas paliko daug neatsakytų klausimų apie jų unikalių švytinčių emisijų kilmę.

Kilmė: saulės jungtis

Saulė, energijos ir dalelių šaltinis, nuolat skleidžia saulės vėjus, kurie yra įkrautų dalelių srautai. Kelionės link Žemės metu šios dalelės susiduria su Žemės magnetiniu lauku, kuris vaidina lemiamą vaidmenį formuojantis aurorai.

Kai jis pasiekia Žemę, saulės vėją veikia jo magnetinis laukas. Žemės magnetinis laukas, besitęsiantis į erdvę, veikia kaip skydas ir nukreipia šias daleles į polius. Čia magnetinio lauko linijos nukreipia šias įkrautas daleles į viršutinę Žemės atmosferą.

Rodo Steve’o vėliavą ir šiaurės pašvaistę

Pagrindinis pašvaistės reiškinys atsiranda, kai šios įkrautos dalelės, ypač elektronai, Žemės atmosferoje susiduria su tokiomis dujomis kaip deguonis ir azotas. Šis susidūrimas perduoda energiją dujų molekulėms, jas sujaudindamas ir priversdamas jas skleisti šviesą, o tai yra auroralinių ekranų esmė.

Konkrečios auroros ir STEVE spalvos, kurios svyruoja nuo žalios ir raudonos iki mėlynos ir violetinės, priklauso nuo dalyvaujančių dujų tipo ir šių sąveikų aukščio.

Saulės aktyvumas labai veikia aurora borealis intensyvumą ir dažnį. Saulės maksimumo metu padidėję saulės pliūpsniai ir vainikinės masės išmetimai sukelia intensyvesnę ir dažnesnę aurorą. Ir atvirkščiai, saulės minimumas sumažina auroralinį aktyvumą.

Kultūrinė ir istorinė svarba

Be vizualinio puošnumo, pašvaistės suteikia vertingų įžvalgų apie Žemės magnetosferos dinamiką ir jos sąveiką su saulės spinduliuote. Auroros tyrimas padeda suprasti, kaip Žemės magnetinis laukas apsaugo mus nuo žalingų saulės spindulių.

Aurora borealis užėmė ypatingą vietą įvairiose kultūrose, įkvėpdama mitus ir folklorą. Aurora borealis – nuo ​​valkirijų skydų skandinavų mitologijoje iki protėvių dvasių atstovavimo vietiniuose įsitikinimuose – per visą istoriją buvo stebuklų ir įkvėpimo šaltinis.

Trumpai tariant, stulbinančio grožio Aurora borealis yra daugiau nei tik reginys. Tai dinamiška saulės vėjo ir mūsų planetos magnetinio lauko sąveika, suteikianti įžvalgų apie apsauginį Žemės skydą ir toliau žavinti žmones įvairiose kultūrose ir kartose.

Visas tyrimas paskelbtas žurnale Geofizinių tyrimų laiškai.

—

Patinka tai, ką skaičiau? Prenumeruokite mūsų naujienlaiškį, kad gautumėte patrauklių straipsnių, išskirtinio turinio ir naujausių naujienų.

—

Apsilankykite pas mus EarthSnap – nemokama programėlė, kurią jums pateikė Ericas Rallsas ir Earth.com.