Steve ziet eruit als een aurora, maar het is niet • Earth.com

De betoverende aurora, met zijn levendige groene, rode en paarse gordijnen, heeft nachtelijke hemelwaarnemers al lang in de ban. Echter, de recente verschijning van vreemde aurora-achtige verschijnselen – de violet-witte strepen die bekend staan ​​als ‘Steve’ en de vaak begeleidende daarvan… Gloeiend groen “Picket Fence” – heeft de interesse gewekt van zowel wetenschappers als hemelwachters.

Voor het eerst geïdentificeerd in 2018 als een variant van de bekendere aurora, Steve, genoemd naar een personage in een kinderfilm uit 2006, werd aanvankelijk gedacht dat het fenomeen van de piketfence een product was van dezelfde fysieke processen als aurora. Deze veronderstelling liet echter veel vragen onbeantwoord over de unieke oorsprong ervan Gloeilampemissies.

Een nieuw mechanisme genereert luchtfakkels

Dan komt Claire Gaskey binnen, een veelbelovende afgestudeerde natuurkundestudent aan de Universiteit van Universiteit van California, Berkeley. Gaske heeft een interessante verklaring voor deze verschijnselen voorgesteld, waarbij hij een fysiek mechanisme voorstelt dat heel anders is dan het mechanisme dat verantwoordelijk is voor conventionele aurorae.

“Dit zou ons model van wat in sommige gevallen het licht en de energie in de aurora creëert, op zijn kop zetten,” zei Gaskey. “Het is echt gaaf, en het is momenteel een van de grootste mysteries in de ruimtefysica.”

In samenwerking met het Space Sciences Laboratory (SSL) In Berkeley roept Gaske op tot a NASA Een missie om een ​​raket naar het noorderlicht te lanceren om de hypothese ervan te valideren. Dit onderzoek valt samen met het feit dat de zon een actievere fase van zijn elfjarige cyclus ingaat, waardoor dit een geschikt moment is om zeldzame gebeurtenissen zoals Steve en het hekwerk te bestuderen.

Onderscheid “Steve” van de gewone aurora

Gaskey’s onderzoek richt zich op het vreemde gedrag van elektrische velden in de hogere atmosfeer. Het suggereert dat deze velden, parallel aan het magnetische veld van de aarde, het kleurenspectrum kunnen produceren dat wordt waargenomen bij het fenomeen van de piketfence.

Deze hypothese daagt de huidige modellen van poollicht en energieopwekking uit en heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van de interactie tussen de magnetosfeer van de aarde en de ionosfeer.

Gemeenschappelijke aurorae worden veroorzaakt door deeltjes in de magnetosfeer van de aarde die zonnewind stimuleren, waardoor zuurstof- en stikstofmoleculen in de hogere atmosfeer specifieke lichtfrequenties uitstralen.

STEVE vertoont echter een breed scala aan frequenties gecentreerd rond magenta of violet, zonder het blauwe licht dat typerend is voor de meer energetische deeltjesinteracties in de aurora. Interessant is dat Steve en het houten hek op lagere breedtegraden voorkomen dan de typische aurora, misschien zelfs in de buurt van de evenaar.

Er spelen parallelle elektrische velden

Gaskey’s onderzoek stelt dat de emissies van het “piketafrastering” worden gegenereerd door elektrische velden op lage hoogte, parallel aan het magnetische veld van de aarde. Met behulp van een algemeen geaccepteerd fysiek model van de ionosfeer toonde ze aan dat een parallel elektrisch veld van ongeveer 100 millivolt per meter op een hoogte van ongeveer 110 km elektronen kan versnellen.

Deze versnelling is voldoende om de zuurstof- en stikstofatomen te activeren, wat leidt tot de uitstoot van gas Lichtspectrum Waargenomen in de nagloed van “Picket Fence” en “Steve”. Het identificeerde ook unieke omstandigheden in deze regio, zoals een lage plasmadichtheid en een verhoogde aanwezigheid van neutrale zuurstof- en stikstofatomen. Deze kunnen als isolator werken en voorkomen dat het elektrische veld kortsluiting veroorzaakt.

“Als je naar het bereik van het houten hek kijkt, is het veel groener dan je zou verwachten. Er is geen blauwe kleur die afkomstig is van stikstofionisatie. Wat dit ons vertelt is dat er slechts een specifiek energiebereik is van elektronen die die kleuren kunnen creëren.” “Het kan niet vanuit de ruimte in de atmosfeer komen, omdat die deeltjes te veel energie hebben.”

In plaats daarvan zei ze: “Het licht dat door het houten hek wordt uitgezonden, wordt gegenereerd door deeltjes die daar in de ruimte van energie moeten worden voorzien door een parallel elektrisch veld, een mechanisme dat heel anders is dan alle aurora die we hebben bestudeerd of bekend.” voor.”

Zoek naar Steve met raketten

Brian Hardingeen assistent-onderzoeksfysicus bij SSL en co-auteur van Gaskey’s artikel, benadrukt het belang van deze ontdekking.

“Het echt interessante aan Clare’s artikel is dat we al een paar jaar weten dat Steve’s spectrum ons vertelt dat er een heel vreemde natuurkunde aan de hand is. We wisten niet wat het was,” zei Brian. “Clare’s onderzoek toonde aan dat parallelle elektrische velden kunnen dit vreemde spectrum verklaren.”

Het team stelt voor om raketten vanuit Alaska te lanceren om de elektrische en magnetische velden binnen deze verschijnselen te meten, met als doel de geldigheid van hun hypothesen te verifiëren. Dit streven is in lijn met de goedkope toegang van NASA tot de ruimte (LCAS) Er wordt verwacht dat het ons begrip van de chemie en fysica van de bovenste atmosfeer zal verdiepen. In eerste instantie zal het doelwit een zogenaamde verbeterde aurora zijn, wat een gewone aurora is die “Steve”- en “piket-hek”-achtige emissies bevat.

“De verbeterde aurora is in feite deze heldere laag die deel uitmaakt van de normale aurora. De kleuren zijn vergelijkbaar met die van het houten hek, in die zin dat er niet zoveel blauw is, maar meer groen door zuurstof en rood door stikstof. De hypothese is dat deze ook voortkomen uit ” Het pad van parallelle elektrische velden, maar ze komen veel vaker voor dan houten hekken.”

Het plan is niet alleen om “een raket door die verbeterde laag te laten vliegen om die parallelle elektrische velden voor de eerste keer daadwerkelijk te meten”, zei ze, maar ook om een ​​tweede raket te sturen om moleculen op grotere hoogte te meten, “om onderscheid te maken tussen omstandigheden. ” ‘Een van degenen die aurora veroorzaken.’ Uiteindelijk hoopt ze een raket te krijgen die rechtstreeks door Steve en het houten hek vliegt.

Nieuwsgierigheid drijft deze zoektocht naar de aurora, Steve.

Gaskey schrijft haar succes toe aan de samenwerking met experts die verschillende lagen van de atmosfeer bestuderen, waaronder de mesosfeer en de stratosfeer. Deze multidisciplinaire aanpak heeft aanzienlijke vooruitgang mogelijk gemaakt in het begrijpen van het verschil tussen de aurora en STEVE.

Harding, Gaske en hun collega’s hebben een voorstel ingediend bij NASA om dit najaar een raketcampagne te lanceren, vooruitlopend op een reactie op de selectie ervan in de eerste helft van 2024. Gaske en Harding zien het experiment als een cruciale stap in de richting van het begrijpen van de chemie en fysica van de planeet. De bovenste atmosfeer, de ionosfeer en de magnetosfeer van de aarde.

“Het is eerlijk om te zeggen dat er in de toekomst veel onderzoeken zullen plaatsvinden over hoe die elektrische velden daar zijn gekomen, welke golven er wel of niet mee geassocieerd zijn, en wat dat betekent voor de grotere energieoverdracht tussen de atmosfeer en de ruimte van de aarde. zei Harding. “We weten het echt niet. Clare’s artikel is de eerste stap in dit begrip.

Het team wacht met spanning op het besluit van NASA over hun voorgestelde raketcampagne, die in de eerste helft van 2024 wordt verwacht.

Kortom, het onderzoek onder leiding van Claire Gaske vertegenwoordigt een cruciale vooruitgang in de ruimtefysica. Gaskey benadrukte de ongrijpbare aard van “Steve” en het “houten hek” als iets anders dan het noorderlicht. Naarmate de zonnecyclus vordert, beloven deze resultaten niet alleen de mysteries van deze verschijnselen te ontrafelen, maar ook ons ​​bredere begrip van de dynamische interactie tussen de aarde en de ruimte te vergroten.

Meer over het noorderlicht

De Aurora Borealis, beter bekend als het noorder- en zuiderlicht, vormt een betoverende natuurlijke lichtshow aan de poolhemel van de aarde. Het ontstaat door de prachtige interactie tussen de atmosfeer van de aarde en de zonnewind.

Zoals hierboven in detail besproken, geloven wetenschappers dat STEVE en het houten hekwerk worden veroorzaakt door dezelfde fysieke processen als de aurora. Deze overtuiging liet echter veel onbeantwoorde vragen over de oorsprong van hun unieke gloeiende emissies.

Herkomst: zonaansluiting

De zon, een bron van energie en deeltjes, zendt voortdurend zonnewinden uit, dit zijn stromen geladen deeltjes. Tijdens hun reis naar de aarde komen deze deeltjes in aanraking met het magnetische veld van de aarde, dat een cruciale rol speelt bij de vorming van het noorderlicht.

Wanneer hij de aarde bereikt, wordt de zonnewind beïnvloed door zijn magnetisch veld. Het magnetische veld van de aarde, dat zich uitstrekt tot in de ruimte, fungeert als een schild en stuurt deze deeltjes naar de polen. Hier leiden magnetische veldlijnen deze geladen deeltjes naar de bovenste atmosfeer van de aarde.

Toont de vlag van Steve en het noorderlicht

Het basisverschijnsel van aurora’s doet zich voor wanneer deze geladen deeltjes, vooral elektronen, in botsing komen met gassen zoals zuurstof en stikstof in de atmosfeer van de aarde. Deze botsing brengt energie over op gasmoleculen, waardoor ze worden opgewonden en waardoor ze licht uitstralen, wat de essentie is van poollichtvertoningen.

De specifieke kleuren van de aurora en STEVE, die variëren van groen en rood tot blauw en violet, zijn afhankelijk van het type gas dat erbij betrokken is en de hoogte van deze interacties.

Zonneactiviteit heeft een grote invloed op de intensiteit en frequentie van Aurora Borealis. Tijdens het zonnemaximum resulteren verhoogde zonnevlammen en coronale massa-uitstoot in intensere en frequentere aurora. Omgekeerd resulteert het zonneminimum in verminderde poollichtactiviteit.

Cultureel en historisch belang

Naast hun visuele pracht bieden aurora’s waardevolle inzichten in de dynamiek van de magnetosfeer van de aarde en de interactie ervan met zonnestraling. Het bestuderen van de aurora draagt ​​bij aan ons begrip van hoe het magnetische veld van de aarde ons beschermt tegen schadelijke zonne-emissies.

De aurora borealis heeft een speciale plaats ingenomen in verschillende culturen en inspireerde mythen en folklore. Van de schilden van valkyries in de Noorse mythologie tot het vertegenwoordigen van voorouderlijke geesten in inheemse geloofsovertuigingen: de Aurora Borealis is door de geschiedenis heen een bron van verwondering en inspiratie geweest.

Kortom: de Aurora Borealis is met zijn verbluffende schoonheid meer dan alleen een visueel spektakel. Het is een dynamische interactie tussen de zonnewind en het magnetische veld van onze planeet, die inzicht geeft in het beschermende schild van de aarde en mensen uit alle culturen en generaties blijft fascineren.

Het volledige onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven.

—–

Vind je het leuk wat ik lees? Abonneer u op onze nieuwsbrief en ontvang boeiende artikelen, exclusieve inhoud en de laatste updates.

—–

Bezoek ons ​​op EarthSnap, een gratis app aangeboden door Eric Ralls en Earth.com.