Стив похож на полярное сияние, но это не так • Earth.com

Завораживающее полярное сияние с его яркими зелеными, красными и фиолетовыми шторами уже давно пленяет наблюдателей за ночным небом. Однако недавнее появление странных явлений, подобных полярному сиянию, — фиолетово-белых полос, известных как «Стив», и часто сопровождающих их… Светящийся зеленый «Штакетник» — вызвал интерес как ученых, так и наблюдателей за небом.

Впервые идентифицированный в 2018 году как вариант более известного полярного сияния Стива, названного в честь персонажа детского фильма 2006 года, феномен частокола изначально считался продуктом тех же физических процессов, что и полярное сияние. Однако это предположение оставило без ответа множество вопросов о его уникальном происхождении. Выбросы ламп накаливания.

Новый механизм генерирует небесные блики

Встречайте Клэр Гаски, многообещающую аспирантку по физике Университета Калифорнийский университет, Беркли. Гаске предложил интересное объяснение этих явлений, предложив физический механизм, совершенно отличный от того, который отвечает за обычные полярные сияния.

«В некоторых случаях это перевернуло бы нашу модель того, что создает свет и энергию в полярном сиянии», — сказал Гаски. «Это действительно круто, и на данный момент это одна из самых больших загадок космической физики».

В сотрудничестве с Лабораторией космических наук (г.SSL) В Беркли Гаске призывает к НАСА Миссия по запуску ракеты к северному сиянию для проверки своей гипотезы. Это исследование совпадает с вступлением Солнца в более активную фазу своего 11-летнего цикла, что делает его подходящим моментом для изучения редких событий, таких как Стив и частокол.

Отличие «Стива» от обыкновенного полярного сияния

Исследования Гаски сосредоточены на странном поведении электрических полей в верхних слоях атмосферы. Это предполагает, что эти поля, параллельные магнитному полю Земли, могут создавать спектр цветов, наблюдаемый в феномене частокола.

Эта гипотеза бросает вызов современным моделям генерации аврорального света и энергии и имеет важные последствия для нашего понимания взаимодействия между магнитосферой Земли и ионосферой.

Обычные полярные сияния возникают из-за того, что солнечный ветер возбуждает частицы в магнитосфере Земли, заставляя молекулы кислорода и азота в верхних слоях атмосферы излучать свет определенных частот.

Однако STEVE демонстрирует широкий диапазон частот, сосредоточенный вокруг пурпурного или фиолетового цвета, без синего света, типичного для более энергичных взаимодействий частиц в полярном сиянии. Интересно, что Стив и частокол встречаются на более низких широтах, чем типичное полярное сияние, возможно, даже вблизи экватора.

Действуют параллельные электрические поля

Исследование Гаски утверждает, что выбросы от «частока» генерируются электрическими полями на малых высотах, параллельных магнитному полю Земли. Используя широко принятую физическую модель ионосферы, она продемонстрировала, что параллельное электрическое поле напряженностью около 100 милливольт на метр на высоте около 110 км может ускорять электроны.

Этого ускорения достаточно, чтобы активировать атомы кислорода и азота, что приводит к выделению газа. Спектр света Наблюдается в эпизодах «Забор» и «Послесвечение Стива». Он также выявил уникальные условия в этом регионе, такие как низкая плотность плазмы и повышенное присутствие нейтральных атомов кислорода и азота. Они могут действовать как изолятор, предотвращая короткое замыкание электрического поля.

«Если вы посмотрите на диапазон действия частокола, то увидите, что он намного зеленее, чем можно было ожидать. Там нет синего цвета, который возникает в результате ионизации азота, — сказал Гаски. — Это говорит нам о том, что существует только определенный энергетический диапазон электроны, которые могут создавать эти цвета». «Они не могут попасть из космоса в атмосферу, потому что у этих частиц слишком много энергии».

Вместо этого она сказала: «Свет, излучаемый частоколом, генерируется частицами, которые должны быть возбуждены в космосе параллельным электрическим полем, механизм, сильно отличающийся от любого из полярных сияний, которые мы изучали или знали». до.»

Искать Стива с помощью ракет

Брайан Хардингпомощник физика-исследователя SSL и соавтор статьи Гаски, подчеркивает важность этого открытия.

«Самое интересное в статье Клэр то, что мы уже пару лет знаем, что спектр Стива говорит нам, что происходит какая-то очень странная физика. Мы не знали, что это такое», — сказал Брайан. «Исследования Клэр показали, что параллельные электрические поля способны объяснить этот странный спектр».

Команда предлагает запустить ракеты с Аляски для измерения электрических и магнитных полей в рамках этих явлений с целью проверки обоснованности своих гипотез. Это стремление соответствует недорогому доступу НАСА в космос (LCAS) Ожидается, что это углубит наше понимание химии и физики верхних слоев атмосферы. Первоначально целью будет так называемое усиленное сияние, то есть обычное сияние, содержащее выбросы типа «Стив» и «частокол».

«Усиленное полярное сияние — это, по сути, яркий слой, включенный в нормальное полярное сияние. Цвета похожи на частокол в том смысле, что здесь не так много синего, больше зеленого от кислорода и красного от азота. Гипотеза состоит в том, что они также возникают из-за « Путь параллельных электрических полей, но они встречаются гораздо чаще, чем частоколы».

План состоит не только в том, чтобы «провести ракету через этот расширенный слой, чтобы впервые измерить эти параллельные электрические поля», сказала она, но и в том, чтобы отправить вторую ракету для измерения молекул на больших высотах, «чтобы различать условия». » «Один из тех, что вызывают полярное сияние.» В конце концов, она надеется получить ракету, которая пролетит прямо через Стива и частокол.

Любопытство движет поисками полярного сияния, Стив.

Гаски объясняет свой успех сотрудничеством с экспертами, изучающими различные слои атмосферы, включая мезосферу и стратосферу. Этот междисциплинарный подход позволил добиться значительного прогресса в понимании разницы между полярным сиянием и СТИВОМ.

Хардинг, Гаск и их коллеги подали в НАСА предложение запустить ракетную кампанию этой осенью, ожидая ответа по поводу ее выбора в первой половине 2024 года. Гаск и Хардинг рассматривают этот эксперимент как решающий шаг на пути к пониманию химии и физики планета. Верхняя атмосфера, ионосфера и магнитосфера Земли.

«Справедливо сказать, что в будущем будет много исследований о том, как эти электрические поля попали туда, какие волны связаны или не связаны с ними, и что это означает для большей передачи энергии между атмосферой Земли и космосом. — сказал Хардинг. «Мы действительно не знаем. Статья Клэр — первый шаг к этому пониманию.

Команда с нетерпением ожидает решения НАСА по предлагаемой ракетной кампании, которая ожидается в первой половине 2024 года.

Короче говоря, исследование, проведенное Клэр Гаске, представляет собой важнейший прогресс в космической физике. Гаски подчеркнул неуловимую природу «Стива» и «частока» как нечто иное, чем северное сияние. По мере развития солнечного цикла эти результаты обещают не только разгадать тайны этих явлений, но и улучшить наше более широкое понимание динамического взаимодействия между Землей и космосом.

Подробнее о северном сиянии

Северное сияние, широко известное как Северное и Южное сияние, представляет собой завораживающее естественное световое шоу в полярном небе Земли. Это происходит благодаря чудесному взаимодействию атмосферы Земли и солнечного ветра.

Как подробно обсуждалось выше, ученые полагают, что СТИВ и частокол вызваны теми же физическими процессами, что и полярное сияние. Однако это убеждение оставило без ответа множество вопросов о происхождении их уникального светящегося излучения.

Происхождение: соединение Солнца

Солнце, источник энергии и частиц, постоянно излучает солнечные ветры, представляющие собой потоки заряженных частиц. Во время своего путешествия к Земле эти частицы сталкиваются с магнитным полем Земли, которое играет решающую роль в формировании полярного сияния.

Когда солнечный ветер достигает Земли, на него влияет его магнитное поле. Магнитное поле Земли, простирающееся в космос, действует как щит и направляет эти частицы к полюсам. Здесь линии магнитного поля направляют эти заряженные частицы в верхние слои атмосферы Земли.

Отображает флаг Стива и северное сияние.

Основное явление полярных сияний возникает, когда эти заряженные частицы, особенно электроны, сталкиваются с такими газами, как кислород и азот, в атмосфере Земли. Это столкновение передает энергию молекулам газа, возбуждая их и заставляя излучать свет, что и составляет суть полярных сияний.

Конкретные цвета полярного сияния и Стива, которые варьируются от зеленого и красного до синего и фиолетового, зависят от типа вовлеченного газа и высоты этих взаимодействий.

Солнечная активность сильно влияет на интенсивность и частоту северных сияний. Во время солнечного максимума увеличение солнечных вспышек и корональных выбросов массы приводит к более интенсивным и частым полярным сияниям. И наоборот, солнечный минимум приводит к снижению полярной активности.

Культурное и историческое значение

Помимо визуального великолепия, полярные сияния дают ценную информацию о динамике магнитосферы Земли и ее взаимодействии с солнечным излучением. Изучение полярного сияния помогает нам понять, как магнитное поле Земли защищает нас от вредных солнечных излучений.

Северное сияние занимало особое место в различных культурах, вдохновляя мифы и фольклор. От щитов валькирий в скандинавской мифологии до духов предков в верованиях коренных народов, северное полярное сияние на протяжении всей истории было источником чудес и вдохновения.

Короче говоря, северное сияние своей потрясающей красоты — это больше, чем просто визуальное зрелище. Это динамическое взаимодействие между солнечным ветром и магнитным полем нашей планеты, которое дает представление о защитном щите Земли и продолжает очаровывать людей разных культур и поколений.

Полная версия исследования опубликована в журнале Письма о геофизических исследованиях.

—–

Понравилось то, что я прочитал? Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать интересные статьи, эксклюзивный контент и последние обновления.

—–

Посетите нас в EarthSnap, бесплатном приложении, созданном Эриком Раллсом и Earth.com.