Kiedy tajemnicze świecące paski zieleni rozświetliły fińskie niebo w 2018 roku, nie pozostały niezauważone przez zapalonych ścigających zorzę polarną. Wzór światła był nieznany i dziwnie idealny, sięgając ku horyzontowi jak zestaw niebiańskich wydm.
Rzeczywiście pokaz świetlny nazwany przez obywateli naukowców „wydmami” okazał się nowym rodzajem zorzy. Ta zorza powstaje w wyniku dramatycznego tańca fal grawitacyjnych i atomów tlenu, zgodnie z nowymi odkryciami opublikowanymi dzisiaj (29 stycznia) w czasopiśmie AGU Advances.
Droga do odkrycia rozpoczęła się lata temu, gdy grupa entuzjastów zorzy wysłała e-mail do Minny Palmroth, profesor fizyki kosmicznej obliczeniowej na Uniwersytecie w Helsinkach, prosząc ją o dołączenie do grupy na Facebooku. Cel? Poproś Palmrotha o wyjaśnienie fizyki zorzy, którą fotografowali.
Palmroth był szczęśliwy, że to zrobił. Po chwili zdała sobie sprawę, że jej odpowiedzi stają się powtarzalne - więc opublikowała przewodnik po zorzy polarnej. Ale w październiku 2018 roku ścigający zorzę polarną wrócili do niej z obrazami zagadkowej zorzy.
„Wtedy zdałem sobie sprawę, że nie… nie widziałem ich wcześniej” - powiedział Palmroth Live Science. Na pierwszy rzut oka paski wyglądały na fale grawitacyjne lub zaburzenia gęstości w górnej atmosferze. Górna atmosfera jest pokryta wieloma różnymi falami grawitacyjnymi, które biegną w różnych kierunkach i mają różne częstotliwości i rozmiary. Ale to wyjaśnienie nie wydawało się możliwe, ponieważ fale były tak równomiernie rozłożone.
Więc Palmroth i jej zespół zorganizowali kampanię wieczorem 7 października, gromadząc naukowców i mieszkańców całej Finlandii, aby sfotografować wydmy. Analizując te zdjęcia, zespół zaczął rozumieć fizykę tego zjawiska.
To nie pierwszy raz ścigający zorzę polarną zidentyfikowali nowe zjawisko niebieskie; Obywatele naukowcy odkryli również blask nieba pieszczotliwie nazwany STEVE w 2018 r.
„Współpraca z obywatelami-naukowcami staje się coraz ważniejsza, ponieważ mogą stać się„ mobilnymi czujnikami ”, które łatwo ścigają interesującą zorzę polarną i wychwytują nowe funkcje, których naukowcy wcześniej nie zauważyli” - powiedział Toshi Nishimura, profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej w Bostonie Uniwersyteckie Centrum Fizyki Kosmicznej, które nie było częścią badania.
Niewidoczne fale grawitacyjne
Zorza powstaje, gdy słońce ciska naładowane cząstki w kierunku naszej planety. Cząstki te przemieszczają się wzdłuż linii pola magnetycznego na biegunach naszej planety i uderzają w atomy i cząsteczki w naszej atmosferze, powodując, że cząsteczki te emitują światło. Te wspaniałe pokazy świetlne mogą mieć wiele różnych kształtów i kolorów; według NASA tlen świeci na zielono i czerwono, a azot na niebiesko i fioletowo. Astronomowie wykorzystują także kształt zorzy, aby dowiedzieć się, co dzieje się w górnej atmosferze, w której powstają.
Podczas gdy większość zorzy rozciąga się pionowo, wydmy rozciągają się w kierunku równika poziomo falującymi falami. Palmroth powiedział, że nikt wcześniej nie obserwował takiej przypominającej fale struktury w zorzy polarnej.
Naukowcy twierdzą, że wydmy rozpalają rodzaj rzadkiej atmosferycznej fali grawitacyjnej zwanej otworami mezosferycznymi. Te otwory mezosferyczne pojawiają się, gdy fala grawitacyjna, która wznosi się w atmosferze, zostaje zgięta i umieszczona pomiędzy dwiema stosunkowo chłodnymi warstwami atmosfery - warstwą inwersyjną o wysokości 80 km i mezopauzą o wysokości 100 km .
W tym kanale fale rozchodzą się poziomo i na duże odległości bez opadania, tworząc naprzemienne fałdy, które są albo wzbogacone w tlen, albo wyczerpane. Kiedy elektrony ze Słońca wpadają do środka, fałdy o wyższym poziomie tlenu rozświetlają więcej niż miejsca pozbawione tlenu, tworząc charakterystyczne pasy.
„To bardzo interesujące spostrzeżenie” - powiedział Steven Miller, zastępca dyrektora Cooperative Institute for Research in the Atmosphere na Uniwersytecie Stanu Kolorado, który nie brał udziału w badaniu. „Pierwszą reakcją, jaką zobaczyłem na zdjęciach, było to, że mogą to być atmosferyczne fale grawitacyjne, które są„ podkreślane ”przez aktywność zorzy - wydaje się, że jest to również hipoteza autorów”.
Otwory mezosferyczne mogą wyjaśniać wzory widoczne na wydmach, ale „Wydaje mi się, że„ wydmy ”są w rzeczywistości podzbiorem znacznie bardziej rozpowszechnionego regionu fal grawitacyjnych atmosferycznych, które akcentowane są przez zorzę polarną” - powiedział Miller dla Live Science.
Wykorzystując gwiazdy na zdjęciach jako punkty odniesienia, zespół był w stanie obliczyć wysokość wydm o wysokości około 62 mil (100 km), co jest typowe dla zorzy. Ale ten źle zbadany obszar atmosfery jest zbyt wysoki, aby zmierzyć go radarami i balonami, i zbyt niski, aby wysłać statek kosmiczny bez ich spalania. Tak więc czasami nazywa się to „ignorosferą” - powiedział Palmroth.
„Po raz pierwszy obserwowane są te fale grawitacyjne” - powiedział Palmroth. „Ogólnie rzecz biorąc, nudziarze są raczej rzadkim zjawiskiem”. Palmroth powiedział, że obserwowanie wydm może ujawnić więcej o nudzie.
Na przykład naukowcy odkryli, że wydmy występują w tym samym czasie i w tym samym regionie, w którym energia elektromagnetyczna z przestrzeni kosmicznej przenosi się do górnej atmosfery, co podejrzewa Palmroth, że można je połączyć z tworzeniem otworów mezosferycznych warstwy inwersyjnej. „Chcemy zobaczyć, czy to naprawdę prawda” - powiedziała.
