Steve vypadá jako polární záře, ale není to • Earth.com

Okouzlující polární záře se svými zářivými zelenými, červenými a fialovými závěsy již dlouho uchvacuje pozorovatele noční oblohy. Nedávný výskyt podivných jevů podobných polární záři – fialovobílé pruhy známé jako „Steve“ a jejich často doprovázející… Zářící zelená „Picket Fence“ – vzbudil zájem vědců i pozorovatelů oblohy.

Fenomén laťkového plotu, který byl poprvé identifikován v roce 2018 jako varianta slavnější polární záře, pojmenované po postavě z dětského filmu z roku 2006, byl původně považován za produkt stejných fyzikálních procesů jako polární záře. Tento předpoklad však ponechal mnoho otázek o jeho jedinečném původu nezodpovězených Emise žárovek.

Nový mechanismus generuje nebeské erupce

Vstoupí Claire Gaskey, nadějná postgraduální studentka fyziky na University of Kalifornská univerzita, Berkeley. Gaske navrhl zajímavé vysvětlení těchto jevů a navrhl fyzikální mechanismus zcela odlišný od mechanismu odpovědného za konvenční polární záře.

„To by v některých případech převrátilo náš model toho, co vytváří světlo a energii v polární záři,“ řekl Gaskey. „Je to opravdu skvělé a je to momentálně jedna z největších záhad vesmírné fyziky.“

Ve spolupráci s Space Sciences Laboratory (SSL) V Berkeley Gaske požaduje a NASA Mise vypustit raketu na polární záři, aby se potvrdila její hypotéza. Tento výzkum se shoduje se vstupem Slunce do aktivnější fáze svého 11letého cyklu, což z něj činí příhodný okamžik ke studiu vzácných událostí, jako je Steve a laťkový plot.

Odlišení „Steva“ od běžné polární záře

Gaskeyho výzkum se zaměřuje na podivné chování elektrických polí v horních vrstvách atmosféry. Naznačuje, že tato pole, rovnoběžná s magnetickým polem Země, mohou vytvářet spektrum barev pozorované při fenoménu laťkového plotu.

Tato hypotéza zpochybňuje současné modely tvorby polárního světla a energie a má důležité důsledky pro naše chápání interakce mezi zemskou magnetosférou a ionosférou.

Běžné polární záře jsou způsobeny slunečním větrem, který dodává energii částicím v magnetosféře Země, což způsobuje, že molekuly kyslíku a dusíku v horních vrstvách atmosféry vyzařují specifické frekvence světla.

STEVE však ukazuje široký rozsah frekvencí soustředěných kolem purpurové nebo fialové, bez modrého světla typického pro energetičtější interakce částic v polární záři. Zajímavé je, že Steve a laťkový plot se vyskytují v nižších zeměpisných šířkách, než je typická polární záře, možná dokonce blízko rovníku.

Ve hře jsou paralelní elektrická pole

Gaskeyho výzkum předpokládá, že emise z „ohradníku“ jsou generovány elektrickými poli v nízkých nadmořských výškách paralelně s magnetickým polem Země. Pomocí široce uznávaného fyzikálního modelu ionosféry prokázala, že paralelní elektrické pole o síle asi 100 milivoltů na metr ve výšce asi 110 km může urychlit elektrony.

Toto zrychlení je dostatečné k aktivaci atomů kyslíku a dusíku, což vede k emisi plynu Světelné spektrum Pozorováno v dosvitu „Picket Fence“ a „Steve’s“. Identifikoval také jedinečné podmínky v této oblasti, jako je nízká hustota plazmy a zvýšená přítomnost neutrálních atomů kyslíku a dusíku. Ty mohou fungovat jako izolant a zabraňovat elektrickému poli, aby způsobilo zkrat.

„Když se podíváte na dosah plotu, je mnohem zelenější, než byste čekali. Neexistuje žádná modrá barva, která by pocházela z ionizace dusíkem,“ řekl Gaskey. „To nám říká, že existuje pouze konkrétní energetický rozsah elektrony, které dokážou ty barvy vytvořit.“ „Nemůže se dostat z vesmíru do atmosféry, protože ty částice mají příliš mnoho energie.“

Místo toho řekla: „Světlo vyzařované laťkovým plotem je generováno částicemi, které musí být energizovány tam ve vesmíru paralelním elektrickým polem, mechanismem velmi odlišným od jakékoli polární záře, kterou jsme studovali nebo znali.“ před.“

Hledejte Steva pomocí raket

Brian Hardingasistent výzkumného fyzika na SSL a spoluautor Gaskeyho článku, zdůrazňuje důležitost tohoto objevu.

„Opravdu zajímavé na Clareině článku je, že už několik let víme, že Stevovo spektrum nám říká, že se děje nějaká velmi zvláštní fyzika. Nevěděli jsme, co to je,“ řekl Brian. „Clarin výzkum ukázal, že paralelní elektrická pole jsou schopna vysvětlit toto podivné spektrum.

Tým navrhuje vypustit rakety z Aljašky k měření elektrických a magnetických polí v rámci těchto jevů s cílem ověřit platnost jejich hypotéz. Toto úsilí je v souladu s nízkonákladovým přístupem NASA do vesmíru (LCAS) Očekává se, že prohloubí naše chápání chemie a fyziky horních vrstev atmosféry. Zpočátku bude cílem to, co je známé jako vylepšená polární záře, což je běžná polární záře obsahující „Steve“ a emise podobné „plátku“.

„Zvýšená polární záře je v podstatě tato jasná vrstva obsažená v normální polární záři. Barvy jsou podobné laťkovému plotu v tom, že tam není tolik modré, je více zelené z kyslíku a červené z dusíku. Hypotéza je, že tyto barvy také pocházejí z “ Dráha paralelních elektrických polí, ale jsou mnohem běžnější než laťkové ploty.“

V plánu je nejen „proletět raketou přes tuto vylepšenou vrstvu, aby se skutečně poprvé změřila ta paralelní elektrická pole,“ řekla, ale také poslat druhou raketu k měření molekul ve vyšších nadmořských výškách, „k rozlišení podmínek. “ „Jedna z těch, které způsobují polární záři.“ Nakonec doufá, že získá raketu, která proletí přímo skrz Steva a laťkový plot.

Toto hledání polární záře řídí zvědavost, Steve.

Gaskey připisuje svůj úspěch spolupráci s odborníky, kteří studují různé vrstvy atmosféry, včetně mezosféry a stratosféry. Tento multidisciplinární přístup umožnil významný pokrok v pochopení rozdílu mezi polární září a STEVE.

Harding, Gaske a jejich kolegové předložili NASA návrh na zahájení raketové kampaně letos na podzim, přičemž očekávají odpověď na její výběr v první polovině roku 2024. Gaske a Harding považují experiment za zásadní krok k pochopení chemie a fyziky planeta. Horní atmosféra, ionosféra a magnetosféra Země.

„Je fér říci, že v budoucnu bude mnoho studií o tom, jak se tam tato elektrická pole dostala, jaké vlny s nimi jsou nebo nejsou spojeny a co to znamená pro větší přenos energie mezi zemskou atmosférou a vesmírem.“ “ řekl Harding. „Opravdu nevíme. Clarein papír je prvním krokem v tomto porozumění.“

Tým netrpělivě očekává rozhodnutí NASA o jejich navrhované raketové kampani, která se očekává v první polovině roku 2024.

Stručně řečeno, výzkum vedený Claire Gaske představuje klíčový pokrok ve vesmírné fyzice. Gaskey vyzdvihl nepolapitelnou povahu „Steva“ a „plátku“ jako něco jiného než polární záře. Jak sluneční cyklus postupuje, tyto výsledky slibují nejen odhalení záhad těchto jevů, ale také posílení našeho širšího chápání dynamické interakce mezi Zemí a vesmírem.

Více o polární záři

Polární záře, běžně známá jako Severní a Jižní záře, představuje fascinující přírodní světelnou show na polární obloze Země. Dochází k tomu díky úžasné interakci mezi zemskou atmosférou a slunečním větrem.

Jak bylo podrobně uvedeno výše, vědci se domnívají, že STEVE a laťkový plot jsou způsobeny stejnými fyzikálními procesy jako polární záře. Tato víra však zanechala mnoho nezodpovězených otázek o původu jejich jedinečných zářících emisí.

Původ: sluneční spojení

Slunce, zdroj energie a částic, neustále vyzařuje sluneční větry, což jsou proudy nabitých částic. Během své cesty k Zemi se tyto částice setkají s magnetickým polem Země, které hraje zásadní roli při vzniku polární záře.

Když dosáhne Země, sluneční vítr je ovlivněn jeho magnetickým polem. Magnetické pole Země, zasahující do vesmíru, funguje jako štít a směřuje tyto částice k pólům. Zde magnetické siločáry vedou tyto nabité částice do horní atmosféry Země.

Zobrazuje Stevovu vlajku a polární záři

Základní jev polárních září nastává, když se tyto nabité částice, zejména elektrony, srazí s plyny, jako je kyslík a dusík v zemské atmosféře. Tato kolize přenáší energii molekulám plynu, vzrušuje je a způsobuje, že vyzařují světlo, což je podstatou polárních zobrazení.

Konkrétní barvy polární záře a STEVE, které se pohybují od zelené a červené po modrou a fialovou, závisí na typu použitého plynu a výšce těchto interakcí.

Sluneční aktivita velmi ovlivňuje intenzitu a frekvenci polární záře. Během slunečního maxima mají zvýšené sluneční erupce a výrony koronální hmoty za následek intenzivnější a častější polární záři. Naopak sluneční minimum má za následek sníženou aktivitu polární záře.

Kulturní a historický význam

Kromě své vizuální nádhery poskytují polární záře cenné poznatky o dynamice zemské magnetosféry a její interakci se slunečním zářením. Studium polární záře přispívá k našemu pochopení toho, jak nás magnetické pole Země chrání před škodlivými slunečními emisemi.

Polární záře zaujímá zvláštní místo v různých kulturách, inspiruje mýty a folklór. Od toho, že jsou štíty valkýr v severské mytologii až po reprezentaci duchů předků v domorodé víře, byla polární záře v celé historii zdrojem úžasu a inspirace.

Stručně řečeno, polární záře je se svou ohromující krásou víc než jen vizuální podívaná. Jde o dynamickou interakci mezi slunečním větrem a magnetickým polem naší planety, která poskytuje vhled do ochranného štítu Země a nadále fascinuje lidi napříč kulturami a generacemi.

Celá studie je publikována v časopise Geofyzikální výzkumné dopisy.

—–

Jako to, co jsem četl? Přihlaste se k odběru našeho newsletteru a získejte poutavé články, exkluzivní obsah a nejnovější aktualizace.

—–

Navštivte nás na EarthSnap, bezplatné aplikaci, kterou vám přináší Eric Ralls a Earth.com.