В прошлом году неясные атмосферные огни стали сенсацией в Интернете. Типичные полярные сияния, северное и южное сияние, обычно видны как кружащиеся зеленые ленты, тянущиеся по небу. Но СТИВ – это тонкая полоска розовато-красного или лилового света, тянущаяся с востока на запад, дальше на юг, чем там, где обычно появляются полярные сияния. Что еще более странно, к СТИВУ иногда присоединяются зеленые вертикальные светящиеся колонны, прозванные «штакетником»."
Полярные сияния создаются светящимися атомами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы Земли, которые возбуждаются заряженными частицами, втекающими из околоземной магнитной среды, называемой магнитосферой. Ученые не знали, был ли СТИВ своего рода полярным сиянием, но исследование 2018 года показало, что его свечение не связано с дождем заряженных частиц в верхних слоях атмосферы Земли.
Авторы исследования 2018 года назвали СТИВА своего рода «небесным сиянием», которое отличается от полярного сияния, но не были уверены, что именно его вызывает.
Ситуацию усложнял тот факт, что СТИВ может появляться во время индуцированных Солнцем магнитных бурь вокруг Земли, которые питают самые яркие полярные сияния.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале AGU Geophysical Research Letters, проанализировали спутниковые данные и наземные изображения событий STEVE и пришли к выводу, что красноватая дуга и зеленый штакетник – это два разных явления, возникающих в результате разных процессов.
Забор из штакетника вызван механизмом, похожим на типичные полярные сияния, но розовато-лиловые полосы СТИВА вызваны нагревом заряженных частиц выше в атмосфере, аналогично тому, что заставляет светиться лампочки.
«Полярное сияние определяется осаждением частиц, электронами и протонами, фактически падающими в нашу атмосферу, тогда как атмосферное свечение СТИВА возникает в результате нагрева без осаждения частиц», – сказала Беа Галлардо-Лакур, космический физик из Университета Калгари и соавтор книги. новое исследование. "Выпадающие электроны, которые вызывают зеленый штакетник, являются полярным сиянием, хотя это происходит за пределами зоны полярных сияний, так что это действительно уникальное явление."
По словам авторов исследования, изображения СТИВА прекрасны сами по себе, но они также предоставляют видимый способ изучения невидимых, сложных потоков заряженных частиц в магнитосфере Земли. Новые результаты помогают ученым лучше понять, как потоки частиц развиваются в ионосфере, что является важной целью, поскольку такие возмущения могут мешать радиосвязи и влиять на сигналы GPS.
Откуда СТИВ?
В новом исследовании исследователи хотели выяснить, что влияет на СТИВ и встречается ли это одновременно в северном и южном полушариях.
Они проанализировали данные нескольких спутников, пролетающих над головой во время событий STEVE в апреле 2008 и мае 2016 года, чтобы измерить электрические и магнитные поля в магнитосфере Земли в то время.
Затем исследователи соединили спутниковые данные с фотографиями СТИВА, сделанными фотографами-любителями полярных сияний, чтобы выяснить, что вызывает необычное свечение. Они обнаружили, что во время СТИВА текущая «река» заряженных частиц в ионосфере Земли сталкивается, создавая трение, которое нагревает частицы и заставляет их излучать лиловый свет. Лампы накаливания работают примерно так же, когда электричество нагревает вольфрамовую нить до тех пор, пока она не станет достаточно горячей, чтобы светиться.
Интересно, что исследование показало, что штакетник питается от энергичных электронов, исходящих из космоса на тысячи километров над Землей. Хотя эти электроны похожи на процесс, который создает типичные полярные сияния, они воздействуют на атмосферу далеко к югу от обычных полярных широт.
Спутниковые данные показали, что высокочастотные волны, движущиеся из магнитосферы Земли в ее ионосферу, могут возбуждать электроны и выбивать их из магнитосферы, создавая полосатый дисплей из штакетника.
Исследователи также обнаружили, что частокол возникает в обоих полушариях одновременно, подтверждая вывод о том, что его источник находится достаточно высоко над Землей, чтобы снабжать энергией оба полушария одновременно.
По словам Тоши Нисимура, космического физика из Бостонского университета и ведущего автора нового исследования, участие общественности имело решающее значение для исследования STEVE, поскольку оно предоставляло наземные изображения и точные данные о времени и местоположении.
«По мере того, как коммерческие камеры становятся более чувствительными и все больше волнений по поводу полярного сияния распространяется через социальные сети, гражданские ученые могут действовать как« мобильная сенсорная сеть », и мы благодарны им за предоставление нам данных для анализа», – сказал Нисимура.