Стів виглядає як полярне сяйво, але це не • Earth.com

Заворожуюче полярне сяйво з його яскравими зеленими, червоними та фіолетовими шторами вже давно захоплює спостерігачів нічного неба. Однак нещодавня поява дивних явищ, схожих на полярне сяйво – фіолетово-білих смуг, відомих як “Стів”, і їх часто супроводжуючого… Сяючий зелений «Picket Fence» – викликав інтерес як вчених, так і спостерігачів неба.

Вперше виявлений у 2018 році як варіант більш відомого полярного сяйва Стіва, названого на честь персонажа дитячого фільму 2006 року, явище паркану спочатку вважалося продуктом тих самих фізичних процесів, що й полярне сяйво. Однак це припущення залишило багато питань про його унікальне походження без відповіді Випромінювання ламп розжарювання.

Новий механізм генерує небесні спалахи

З’являється Клер Ґаскі, багатообіцяюча аспірантка з фізики Університету ім Каліфорнійський університет, Берклі. Ґаске запропонував цікаве пояснення цих явищ, запропонувавши фізичний механізм, який значно відрізняється від того, що відповідає за звичайні полярні сяйва.

«Це переверне нашу модель того, що в деяких випадках створює світло та енергію в полярному сяйві», — сказав Гаскі. «Це дійсно круто, і зараз це одна з найбільших загадок у космічній фізиці».

У співпраці з Лабораторією космічних наук (SSL) У Берклі Ґаске закликає а НАСА Місія із запуску ракети в полярне сяйво, щоб підтвердити свою гіпотезу. Це дослідження збігається з тим, що Сонце вступає в більш активну фазу свого 11-річного циклу, що робить це сприятливим моментом для вивчення рідкісних подій, таких як Стів і паркан.

Відрізнення «Стіва» від звичайного полярного сяйва

Дослідження Гаскі зосереджені на дивній поведінці електричних полів у верхніх шарах атмосфери. Це припускає, що ці поля, паралельні магнітному полю Землі, можуть створювати спектр кольорів, який спостерігається у феномені паркану.

Ця гіпотеза кидає виклик поточним моделям генерації полярного світла та енергії та має важливі наслідки для нашого розуміння взаємодії між магнітосферою та іоносферою Землі.

Звичайні полярні сяйва спричинені частинками сонячного вітру, які живлять енергію в магнітосфері Землі, змушуючи молекули кисню та азоту у верхніх шарах атмосфери випромінювати світло певних частот.

Однак STEVE показує широкий діапазон частот, зосереджених навколо пурпурового або фіолетового, без синього світла, характерного для більш енергійних взаємодій частинок у полярному сяйві. Цікаво, що Стів і паркан зустрічаються на нижчих широтах, ніж типове полярне сяйво, можливо навіть біля екватора.

Діють паралельні електричні поля

Дослідження Ґаскі стверджує, що випромінювання від «штакетника» генеруються електричними полями на малих висотах, паралельними магнітному полю Землі. Використовуючи загальноприйняту фізичну модель іоносфери, вона продемонструвала, що паралельне електричне поле близько 100 мілівольт на метр на висоті близько 110 км може прискорювати електрони.

Цього прискорення достатньо для активації атомів кисню та азоту, що призводить до викиду газу Спектр світла Спостерігається в «Picket Fence» і «Steve’s» післясвітіння. Він також виявив унікальні умови в цьому регіоні, такі як низька щільність плазми та підвищена присутність нейтральних атомів кисню та азоту. Вони можуть діяти як ізолятор, запобігаючи короткому замиканню електричного поля.

“Якщо ви подивитеся на діапазон паркану, він набагато зеленіший, ніж ви очікували б. Немає синього кольору, який походить від іонізації азоту, – сказав Гаскі. – Це говорить нам про те, що існує лише певний діапазон енергії електрони, які можуть створювати ці кольори». «Він не може потрапити з космосу в атмосферу, тому що ці частинки мають занадто багато енергії».

Замість цього вона сказала: «Світло, яке випромінює паркан, генерується частинками, які повинні бути заряджені там, у космосі, паралельним електричним полем, механізмом, який дуже відрізняється від будь-якого полярного сяйва, яке ми вивчали чи знали». раніше».

Шукайте Стіва з ракетами

Браян Гардінгасистент фізика-дослідника в SSL і співавтор статті Гаскі, підкреслює важливість цього відкриття.

“Дійсно цікава річ у статті Клер полягає в тому, що ми вже кілька років знали, що спектр Стіва говорить нам, що відбувається якась дуже дивна фізика. Ми не знали, що це було”, – сказав Браян. “Дослідження Клер показали, що Паралельні електричні поля здатні пояснити цей дивний спектр».

Команда пропонує запустити ракети з Аляски, щоб виміряти електричні та магнітні поля в цих явищах, щоб перевірити справедливість своїх гіпотез. Ця спроба відповідає недорогому доступу НАСА до космосу (LCAS) Очікується, що це поглибить наше розуміння хімії та фізики верхніх шарів атмосфери. Спочатку метою буде те, що називається посиленим полярним сяйвом, яке є звичайним полярним сяйвом, що містить викиди, схожі на «Стів» і «штакетник».

«Посилене полярне сяйво — це, по суті, цей яскравий шар, який входить до складу звичайного полярного сяйва. Кольори схожі на кольори паркану тим, що там не так багато синього, там більше зеленого від кисню та червоного від азоту. Гіпотеза полягає в тому, що вони також виникають від « Шлях паралельних електричних полів, але вони набагато більш поширені, ніж паркани».

План полягає не тільки в тому, щоб «пролетіти ракетою через цей розширений шар, щоб уперше фактично виміряти ці паралельні електричні поля», — сказала вона, — а й відправити другу ракету для вимірювання молекул на більших висотах, «щоб розрізняти умови. ” «Один із тих, що викликають полярне сяйво.» Зрештою вона сподівається отримати ракету, яка пролетить прямо через Стіва та огорожу.

Цікавість спонукає цей пошук полярного сяйва, Стіве.

Гаскі пояснює свій успіх співпрацею з експертами, які вивчають різні шари атмосфери, включаючи мезосферу і стратосферу. Цей мультидисциплінарний підхід дозволив досягти значного прогресу в розумінні різниці між Авророю та STEVE.

Хардінг, Гаске та їхні колеги подали в NASA пропозицію щодо запуску ракетної кампанії цієї осені, очікуючи відповіді на вибір у першій половині 2024 року. Гаске та Гардінг бачать експеримент як важливий крок до розуміння хімії та фізики Планета. Верхні шари атмосфери, іоносфера та магнітосфера Землі.

«Справедливо сказати, що в майбутньому буде багато досліджень про те, як ці електричні поля потрапили туди, які хвилі пов’язані з ними, а які ні, і що це означає для більшої передачі енергії між атмосферою Землі та космосом, – сказав Хардінг. “Ми справді не знаємо. Стаття Клер є першим кроком у цьому розумінні.

Команда з нетерпінням чекає рішення NASA щодо запропонованої ними ракетної кампанії, яка очікується в першій половині 2024 року.

Коротше кажучи, дослідження під керівництвом Клер Гаске є ключовим прогресом у фізиці космосу. Гаскі підкреслив невловиму природу «Стіва» та «штакетника» як щось інше, ніж полярне сяйво. У міру розвитку сонячного циклу ці результати обіцяють не тільки розгадати таємниці цих явищ, але й покращити наше ширше розуміння динамічної взаємодії між Землею та космосом.

Детальніше про північне сяйво

Аврора Бореаліс, широко відома як Північне та Південне сяйво, є заворожуючим природним світловим шоу на полярному небі Землі. Це відбувається завдяки чудовій взаємодії між земною атмосферою та сонячним вітром.

Як детально обговорювалося вище, вчені вважають, що STEVE і паркан спричинені тими ж фізичними процесами, що й полярне сяйво. Однак це переконання залишило без відповіді багато питань про походження їхнього унікального сяючого випромінювання.

Походження: сонячне з’єднання

Сонце, джерело енергії та частинок, постійно випромінює сонячні вітри, які є потоками заряджених частинок. Під час своєї подорожі до Землі ці частинки стикаються з магнітним полем Землі, яке відіграє вирішальну роль у формуванні полярного сяйва.

Коли він досягає Землі, на сонячний вітер впливає його магнітне поле. Магнітне поле Землі, поширюючись у космос, діє як щит і спрямовує ці частинки до полюсів. Тут лінії магнітного поля направляють ці заряджені частинки у верхні шари атмосфери Землі.

Показує прапор Стіва та північне сяйво

Основне явище полярних сяйв виникає, коли ці заряджені частинки, особливо електрони, стикаються з такими газами, як кисень і азот в атмосфері Землі. Це зіткнення передає енергію молекулам газу, збуджуючи їх і змушуючи випромінювати світло, що є суттю полярних сяйв.

Конкретні кольори полярного сяйва та STEVE, які варіюються від зеленого та червоного до синього та фіолетового, залежать від типу газу та рівня цих взаємодій.

Сонячна активність сильно впливає на інтенсивність і частоту полярного сяйва. Під час сонячного максимуму посилення сонячних спалахів і викидів корональної маси призводять до більш інтенсивних і частих полярних сяйв. І навпаки, сонячний мінімум призводить до зниження полярної активності.

Культурно-історичне значення

Крім візуальної пишноти, полярні сяйва дають цінну інформацію про динаміку магнітосфери Землі та її взаємодію з сонячним випромінюванням. Вивчення полярного сяйва сприяє нашому розумінню того, як магнітне поле Землі захищає нас від шкідливих сонячних випромінювань.

Полярне сяйво займає особливе місце в різних культурах, надихаючи міфи та фольклор. Від щитів валькірій у скандинавській міфології до представлення духів предків у віруваннях корінних народів, полярне сяйво було джерелом подиву та натхнення протягом всієї історії.

Одним словом, полярне сяйво з його приголомшливою красою — це більше, ніж просто візуальне видовище. Це динамічна взаємодія між сонячним вітром і магнітним полем нашої планети, яка дає змогу зрозуміти захисний щит Землі та продовжує захоплювати людей у ​​різних культурах і поколіннях.

Повний текст дослідження опубліковано в журналі Листи геофізичних досліджень.

—–

Подобається те, що я прочитав? Підпишіться на нашу розсилку, щоб отримувати цікаві статті, ексклюзивний вміст і останні оновлення.

—–

Завітайте до нас на EarthSnap, безкоштовному додатку від Eric Ralls і Earth.com.