Očarujúca polárna žiara so svojimi žiarivými zelenými, červenými a fialovými závesmi už dlho uchvacuje pozorovateľov nočnej oblohy. Avšak nedávny výskyt zvláštnych javov podobných polárnej žiare – fialovo-biele pruhy známe ako „Steve“ a ich často sprievodné… Žiarivá zelená „Picket Fence“ – vzbudil záujem vedcov aj pozorovateľov oblohy.

Fenomén plotu, ktorý bol prvýkrát identifikovaný v roku 2018 ako variant slávnejšej polárnej žiary, pomenovaný podľa postavy z detského filmu z roku 2006, bol pôvodne považovaný za produkt rovnakých fyzikálnych procesov ako polárna žiara. Tento predpoklad však nechal veľa otázok o jeho jedinečnom pôvode nezodpovedaných Emisie žiaroviek.

Nový mechanizmus generuje svetlice na oblohe

Vstúpi Claire Gaskey, nádejná postgraduálna študentka fyziky na univerzite Kalifornská univerzita, Berkeley. Gaske navrhol zaujímavé vysvetlenie týchto javov, pričom navrhol fyzikálny mechanizmus celkom odlišný od mechanizmu zodpovedného za konvenčné polárne žiary.

„To by v niektorých prípadoch prevrátilo náš model toho, čo vytvára svetlo a energiu v polárnej žiare,“ povedal Gaskey. „Je to naozaj skvelé a je to momentálne jedna z najväčších záhad vesmírnej fyziky.“

V spolupráci s Laboratóriom vesmírnych vied (SSL) V Berkeley žiada Gaske a NASA Misia vypustiť raketu pri polárnej žiare, aby sa potvrdila jej hypotéza. Tento výskum sa zhoduje s tým, že Slnko vstupuje do aktívnejšej fázy svojho 11-ročného cyklu, takže je to vhodná chvíľa na štúdium vzácnych udalostí ako Steve a plot.

Odlíšenie „Steva“ od bežnej polárnej žiary

Gaskeyho výskum sa zameriava na zvláštne správanie elektrických polí vo vyšších vrstvách atmosféry. Naznačuje, že tieto polia, paralelné s magnetickým poľom Zeme, môžu vytvárať spektrum farieb pozorovaných pri jave plotu.

Táto hypotéza spochybňuje súčasné modely tvorby aurorálneho svetla a energie a má dôležité dôsledky pre naše chápanie interakcie medzi zemskou magnetosférou a ionosférou.

Bežné polárne žiary sú spôsobené slnečným vetrom, ktorý dodáva energiu časticiam v magnetosfére Zeme, čo spôsobuje, že molekuly kyslíka a dusíka v hornej atmosfére vyžarujú špecifické frekvencie svetla.

STEVE však ukazuje široký rozsah frekvencií sústredených okolo purpurovej alebo fialovej, bez modrého svetla typického pre energickejšie interakcie častíc v polárnej žiare. Je zaujímavé, že Steve a plot sa vyskytujú v nižších zemepisných šírkach ako typická polárna žiara, možno dokonca blízko rovníka.

V hre sú paralelné elektrické polia

Gaskeyho výskum predpokladá, že emisie z „ohradníka“ sú generované elektrickými poľami v nízkych nadmorských výškach paralelne s magnetickým poľom Zeme. Pomocou všeobecne akceptovaného fyzikálneho modelu ionosféry preukázala, že paralelné elektrické pole s intenzitou asi 100 milivoltov na meter vo výške asi 110 km môže urýchliť elektróny.

Toto zrýchlenie je dostatočné na aktiváciu atómov kyslíka a dusíka, čo vedie k emisii plynu Svetelné spektrum Pozorované v dosvite „Picket Fence“ a „Steve’s“. Identifikoval tiež jedinečné podmienky v tejto oblasti, ako je nízka hustota plazmy a zvýšená prítomnosť neutrálnych atómov kyslíka a dusíka. Tie môžu pôsobiť ako izolant, ktorý zabraňuje elektrickému poľu spôsobiť skrat.

„Ak sa pozriete na rozsah plotu, je oveľa zelenší, ako by ste očakávali. Neexistuje žiadna modrá farba, ktorá by pochádzala z ionizácie dusíka,“ povedal Gaskey. „To nám hovorí, že existuje iba špecifický energetický rozsah elektróny, ktoré môžu vytvárať tie farby.“ „Nemôže prísť z vesmíru do atmosféry, pretože tie častice majú príliš veľa energie.“

Namiesto toho povedala: „Svetlo vyžarované plotom je generované časticami, ktoré musia byť energizované tam vo vesmíre paralelným elektrickým poľom, mechanizmom veľmi odlišným od akejkoľvek polárnej žiary, ktorú sme študovali alebo poznali.“ predtým.“

Hľadajte Steva pomocou rakiet

Brian Hardingasistent výskumného fyzika na SSL a spoluautor Gaskeyho článku, zdôrazňuje dôležitosť tohto objavu.

„Naozaj zaujímavé na Clarinom článku je, že už niekoľko rokov vieme, že Stevovo spektrum nám hovorí, že sa deje nejaká veľmi zvláštna fyzika. Nevedeli sme, čo to je,“ povedal Brian. „Clarein výskum ukázal, že paralelné elektrické polia sú schopné vysvetliť toto zvláštne spektrum.

Tím navrhuje vypustenie rakiet z Aljašky na meranie elektrických a magnetických polí v rámci týchto javov s cieľom overiť platnosť ich hypotéz. Toto úsilie je v súlade s nízkonákladovým prístupom NASA do vesmíru (LCAS) Očakáva sa, že prehĺbi naše chápanie chémie a fyziky vyšších vrstiev atmosféry. Spočiatku bude cieľom to, čo je známe ako vylepšená polárna žiara, čo je pravidelná polárna žiara obsahujúca emisie „Steve“ a „plot“.

„Zvýšená polárna žiara je v podstate táto jasná vrstva zahrnutá v normálnej polárnej žiare. Farby sú podobné plotu v tom, že tam nie je toľko modrej, je viac zelenej z kyslíka a červenej z dusíka. Hypotéza je, že tieto tiež vznikajú z “ Dráha paralelných elektrických polí, ale sú oveľa bežnejšie ako ploty.“

V pláne je nielen „preletieť raketou cez túto vylepšenú vrstvu, aby sa skutočne po prvýkrát zmerali tie paralelné elektrické polia,“ povedala, ale tiež poslať druhú raketu na meranie molekúl vo vyšších nadmorských výškach, „aby sa rozlíšili podmienky. “ „Jedna z tých, ktoré spôsobujú polárnu žiaru.“ Nakoniec dúfa, že dostane raketu, ktorá preletí priamo cez Steva a plot.

Toto hľadanie polárnej žiary poháňa zvedavosť, Steve.

Gaskey pripisuje svoj úspech spolupráci s odborníkmi, ktorí študujú rôzne vrstvy atmosféry vrátane mezosféry a stratosféry. Tento multidisciplinárny prístup umožnil významný pokrok v pochopení rozdielu medzi polárnou žiarou a STEVE.

Harding, Gaske a ich kolegovia predložili NASA návrh na spustenie raketovej kampane túto jeseň, pričom očakávajú odpoveď na jej výber v prvej polovici roku 2024. Gaske a Harding považujú experiment za zásadný krok k pochopeniu chémie a fyziky planéta. Horná atmosféra, ionosféra a magnetosféra Zeme.

„Je spravodlivé povedať, že v budúcnosti bude veľa štúdií o tom, ako sa tam tieto elektrické polia dostali, aké vlny sú alebo nie sú s nimi spojené a čo to znamená pre väčší prenos energie medzi zemskou atmosférou a vesmírom.“ “ Povedal Harding. „Naozaj nevieme. Clarein papier je prvým krokom v tomto porozumení.“

Tím netrpezlivo očakáva rozhodnutie NASA o navrhovanej raketovej kampani, ktorá sa očakáva v prvej polovici roku 2024.

Stručne povedané, výskum vedený Claire Gaske predstavuje kľúčový pokrok vo vesmírnej fyzike. Gaskey zdôraznil nepolapiteľnú povahu „Steva“ a „plot“ ako niečo iné ako polárna žiara. Ako solárny cyklus postupuje, tieto výsledky sľubujú nielen odhalenie tajomstiev týchto javov, ale aj zlepšenie nášho širšieho chápania dynamickej interakcie medzi Zemou a vesmírom.

Viac o polárnej žiare

Polárna žiara, bežne známa ako polárna a južná žiara, predstavuje očarujúcu prirodzenú svetelnú show na polárnej oblohe Zeme. Vyskytuje sa v dôsledku úžasnej interakcie medzi zemskou atmosférou a slnečným vetrom.

Ako je podrobne uvedené vyššie, vedci sa domnievajú, že STEVE a plot sú spôsobené rovnakými fyzikálnymi procesmi ako polárna žiara. Toto presvedčenie však zanechalo veľa nezodpovedaných otázok o pôvode ich jedinečných žeravých emisií.

Pôvod: slnečné spojenie

Slnko, zdroj energie a častíc, neustále vyžaruje slnečné vetry, čo sú prúdy nabitých častíc. Počas svojej cesty k Zemi sa tieto častice stretávajú s magnetickým poľom Zeme, ktoré hrá rozhodujúcu úlohu pri tvorbe polárnej žiary.

Keď dosiahne Zem, slnečný vietor je ovplyvnený jeho magnetickým poľom. Magnetické pole Zeme, siahajúce do vesmíru, pôsobí ako štít a smeruje tieto častice k pólom. Tu čiary magnetického poľa vedú tieto nabité častice do hornej atmosféry Zeme.

Zobrazuje Steveovu vlajku a polárnu žiaru

Základný jav polárnej žiary nastáva vtedy, keď sa tieto nabité častice, najmä elektróny, zrážajú v zemskej atmosfére s plynmi, akými sú kyslík a dusík. Táto kolízia prenáša energiu na molekuly plynu, vzrušuje ich a spôsobuje, že vyžarujú svetlo, čo je podstatou zobrazenia polárnej žiary.

Špecifické farby polárnej žiary a STEVE, ktoré sa pohybujú od zelenej a červenej po modrú a fialovú, závisia od typu použitého plynu a od výšky týchto interakcií.

Slnečná aktivita výrazne ovplyvňuje intenzitu a frekvenciu polárnej žiary. Počas slnečného maxima majú zvýšené slnečné erupcie a výrony koronálnej hmoty za následok intenzívnejšiu a častejšiu polárnu žiaru. Naopak, slnečné minimum má za následok zníženú aktivitu polárnej žiary.

Kultúrny a historický význam

Okrem svojej vizuálnej nádhery poskytujú polárne žiary cenné poznatky o dynamike zemskej magnetosféry a jej interakcii so slnečným žiarením. Štúdium polárnej žiary prispieva k nášmu pochopeniu toho, ako nás magnetické pole Zeme chráni pred škodlivými slnečnými emisiami.

Polárna žiara má osobitné miesto v rôznych kultúrach, inšpiruje mýty a folklór. Od štítov valkýr v nórskej mytológii až po zastupovanie duchov predkov v domorodých presvedčeniach, polárna žiara bola zdrojom úžasu a inšpirácie v celej histórii.

Polárna žiara so svojou ohromujúcou krásou je skrátka viac než len vizuálna podívaná. Ide o dynamickú interakciu medzi slnečným vetrom a magnetickým poľom našej planéty, ktorá poskytuje pohľad na ochranný štít Zeme a naďalej fascinuje ľudí naprieč kultúrami a generáciami.

Celá štúdia je uverejnená v časopise Geofyzikálne výskumné listy.

—–

Ako to, čo som čítal? Prihláste sa na odber nášho bulletinu a získajte zaujímavé články, exkluzívny obsah a najnovšie aktualizácie.

—–

Navštívte nás na EarthSnap, bezplatnej aplikácii, ktorú vám prinášajú Eric Ralls a Earth.com.