Таинственное голубое полярное сияние намекает на неизвестные атмосферные процессы
Создайте мысленно образ, сопровождающий слово «полярное сияние». В том, что вы представляете, может преобладать зеленый цвет, сложные завитки и свисты, которые танцуют по небу над замерзшим пейзажем.
>
Но пышные сияния, которые появляются в небе – когда атмосферные газы сталкиваются с энергичными солнечными частицами – не ограничиваются наиболее известными проявлениями. Полярные сияния могут проявляться в самых разных оттенках, которые различаются в зависимости от высоты, широты и используемых газов.
Во время особенно мощной геомагнитной бури, сотрясшей магнитную клетку Земли в мае 2024 года, появилось странное голубое свечение. Это не является чем-то необычным… но этот экземпляр находился на низких широтах и поднимался необычайно высоко в небо.
Теперь, используя изображения, сделанные гражданскими учёными в Японии, физики Сота Нандзё из Шведского института космической физики и Кадзуо Сиокава из Университета Нагои нашли наиболее вероятное объяснение жуткого синего цвета. свет.
Но их объяснение создает еще одну проблему, которую ученым-атмосферникам придется решить.
«Наши результаты показывают, что молекулярные ионы азота, возможно, ускорялись вверх по какому-то механизму и были ответственны за образование синего доминирующее полярное сияние», — объясняет Сиокава.
«На сегодняшний день не совсем понятно, как молекулярный азот ионы с большой молекулярной массой могут существовать на таких больших высотах. Такие ионы нелегко существовать в течение длительных периодов времени из-за их большой массы и коротких интервалов времени диссоциативной рекомбинации; однако они наблюдаются на больших высотах. Этот процесс окутан тайной.»
Полярные сияния на Земле обычно являются результатом огромного притока солнечных частиц , выброшенные Солнцем в результате коронального выброса массы или солнечного ветра. Эти частицы проходят через Солнечную систему.
Если Земля находится на пути извержения, частицы врезаются в магнитное поле, где они отклоняются и ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам, где они сбрасываются в атмосферу.
Взаимодействие между солнечными частицами и газами в атмосфере Земли приводит к тому, что атмосферные частицы приобретают немного энергии Когда атомы составляют атмосферные газы возвращаются в свое исходное энергетическое состояние, энергия высвобождается в виде фотона – это источник свечения.
Это похоже на механизм, который заставляет светиться люминесцентные лампы. И, как и в случае с флуоресцентными лампами, цвет свечения зависит от различных факторов, таких как тип частиц и количество энергии, которую они получают и теряют.
Например, зеленые и красные полярные сияния генерируется атомами кислорода, теряющими энергию на разных высотах. Атомы азота могут излучать синие и красные фотоны. Когда эти оттенки смешиваются в небе, они могут давать желтый, фиолетовый, розовый и оранжевый цвета.
Обычно низкоширотное полярное сияние имеет красный цвет. Но 11 мая 2024 года небо на низких широтах осветилось розовым свечением, а незадолго до полуночи появилось отчетливо голубое свечение. И у нас есть новый мощный инструмент для съемки полярных сияний: смартфоны увлеченных наблюдателей за полярными сияниями со всего мира.
Благодаря множеству изображений и видео, собранных о голубом сиянии, исследователи смогли детально измерить это явление.
Они обнаружили, что полярное сияние представляет собой продольные структуры, проходящие вдоль силовых линий магнитного поля на протяжении около 1200 километров (около 750 миль). Он также был разделен на три отдельные структуры и поднимался высоко в небо, на высоту от 400 до 900 километров.
Для контекста: Международная космическая станция вращается на высоте от 370 до 460 километров.
В настоящее время считается, что низкоширотные полярные сияния связаны с кольцевым током. Это поток заряженных частиц в форме тора, захваченных внутри магнитосферы Земли, вращающихся вокруг экватора планеты, как плавающее кольцо бассейна.
>
Геомагнитная буря заряжает энергичные нейтральные атомы (ENA) в кольце, вызывая низкоширотное полярное сияние.
Но исследователи не верят, что кольцевой ток работает так, как они наблюдали.
«В этом исследовании в сине-доминантном сиянии в продольном направлении была обнаружена структура размером в несколько сотен километров, которую трудно интерпретировать только по активности ENA», — Сиокава говорит. «Кроме того, ENA вряд ли создадут авроральные структуры, ориентированные на линии магнитного поля, как наблюдалось в этом исследовании».
Возможно, свою роль сыграл кольцевой ток, но исследователи полагают, что для создания наблюдаемых отчетливых, ориентированных по полю структур должно было быть задействовано что-то еще. Они полагают, что молекулярные ионы азота каким-то образом ускорились вверх. Но что их ускорило, неизвестно.
Это говорит о том, что в земной среде может происходить какой-то пока неопознанный процесс. атмосфера.
На данный момент у нас может не хватить информации, чтобы понять, что это за процесс. Но ответы, как ни странно, уже в пределах досягаемости.
«В ближайшие годы солнечная активность увеличится», пишут исследователи. «Ожидается, что повторный анализ случаев таких полярных сияний с преобладанием синего цвета позволит лучше понять процессы образования полярных сияний в низких широтах с преобладанием синего цвета».
Исследование было опубликовано в журнале Earth, Planets and Space.
