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Das faszinierende Polarlicht mit seinen leuchtend grünen, roten und violetten Vorhängen fasziniert seit langem Nachthimmelbeobachter. Das jüngste Auftreten seltsamer auroraähnlicher Phänomene – der violett-weißen Streifen, die als „Steve“ bekannt sind, und die oft damit einhergehenden … Leuchtendes Grün „Picket Fence“ – hat das Interesse von Wissenschaftlern und Himmelsbeobachtern gleichermaßen geweckt.
Das Lattenzaun-Phänomen wurde 2018 erstmals als Variante des bekannteren Polarlichts Steve identifiziert, benannt nach einer Figur aus einem Kinderfilm aus dem Jahr 2006. Ursprünglich wurde angenommen, dass das Lattenzaun-Phänomen ein Produkt derselben physikalischen Prozesse wie das Polarlicht ist. Diese Annahme ließ jedoch viele Fragen über den Ursprung ihrer einzigartigen leuchtenden Emissionen offen.
Ein neuer Mechanismus erzeugt Himmelsfackeln
Da kommt Claire Gaskey ins Spiel, eine vielversprechende Doktorandin der Physik an der University of Universität von Kalifornien, Berkeley. Gaske hat eine interessante Erklärung für diese Phänomene vorgeschlagen, indem er einen physikalischen Mechanismus vorschlägt, der sich von dem, der für herkömmliche Polarlichter verantwortlich ist, deutlich unterscheidet.
„Dies würde in einigen Fällen unser Modell darüber, was das Licht und die Energie im Polarlicht erzeugt, auf den Kopf stellen“, sagte Gaskey. „Es ist wirklich cool und derzeit eines der größten Rätsel der Weltraumphysik.“
In Zusammenarbeit mit dem Space Sciences Laboratory (SSL) In Berkeley fordert Gaske eine NASA Eine Mission zum Abschuss einer Rakete auf die Aurora Borealis, um ihre Hypothese zu bestätigen. Diese Forschung fällt mit dem Eintritt der Sonne in eine aktivere Phase ihres 11-Jahres-Zyklus zusammen, was dies zu einem günstigen Zeitpunkt macht, seltene Ereignisse wie Steve und den Lattenzaun zu untersuchen.
Unterscheidung von „Steve“ vom gewöhnlichen Polarlicht
Gaskeys Forschung konzentriert sich auf das seltsame Verhalten elektrischer Felder in der oberen Atmosphäre. Es lässt darauf schließen, dass diese Felder parallel zum Erdmagnetfeld das Farbspektrum erzeugen, das beim Lattenzaun-Phänomen beobachtet wird.
Diese Hypothese stellt aktuelle Modelle der Polarlicht- und Energieerzeugung in Frage und hat wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Wechselwirkung zwischen der Magnetosphäre der Erde und der Ionosphäre.
Gewöhnliche Polarlichter werden durch Sonnenwind verursacht, der Partikel in der Magnetosphäre der Erde anregt und dazu führt, dass Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in der oberen Atmosphäre bestimmte Lichtfrequenzen aussenden.
Allerdings zeigt STEVE einen breiten Frequenzbereich, der um Magenta oder Violett herum zentriert ist, ohne das blaue Licht, das für die energiereicheren Teilchenwechselwirkungen im Polarlicht typisch ist. Interessanterweise kommen Steve und der Lattenzaun in niedrigeren Breiten vor als das typische Polarlicht, vielleicht sogar in der Nähe des Äquators.
Es sind parallele elektrische Felder im Spiel
Gaskeys Forschung geht davon aus, dass Emissionen aus dem „Lattenzaun“ durch elektrische Felder in geringer Höhe parallel zum Erdmagnetfeld erzeugt werden. Mithilfe eines weithin akzeptierten physikalischen Modells der Ionosphäre zeigte sie, dass ein paralleles elektrisches Feld von etwa 100 Millivolt pro Meter in einer Höhe von etwa 110 km Elektronen beschleunigen kann.
Diese Beschleunigung reicht aus, um die Sauerstoff- und Stickstoffatome zu aktivieren, was zur Gasemission führt Lichtspektrum Beobachtet in „Picket Fence“ und „Steves“ Nachleuchten. Es wurden auch einzigartige Bedingungen in dieser Region identifiziert, wie etwa eine niedrige Plasmadichte und ein erhöhtes Vorhandensein neutraler Sauerstoff- und Stickstoffatome. Diese können als Isolator wirken und verhindern, dass das elektrische Feld einen Kurzschluss verursacht.
„Wenn man sich die Reichweite des Lattenzauns anschaut, ist er viel grüner, als man erwarten würde. Es gibt keine blaue Farbe, die von der Stickstoffionisierung herrührt“, sagte Gaskey. „Das sagt uns, dass es nur einen bestimmten Energiebereich gibt.“ Elektronen, die diese Farben erzeugen können.“ „Es kann nicht aus dem Weltraum in die Atmosphäre gelangen, weil diese Teilchen zu viel Energie haben.“
Stattdessen sagte sie: „Das vom Lattenzaun emittierte Licht wird von Partikeln erzeugt, die dort draußen im Weltraum durch ein paralleles elektrisches Feld mit Energie versorgt werden müssen, ein Mechanismus, der sich stark von allen Polarlichtern unterscheidet, die wir untersucht haben oder kennen.“ Vor.“
Suchen Sie mit Raketen nach Steve
Brian Hardingein stellvertretender Forschungsphysiker am SSL und Co-Autor von Gaskeys Artikel, unterstreicht die Bedeutung dieser Entdeckung.
„Das wirklich Interessante an Clares Arbeit ist, dass wir seit ein paar Jahren wissen, dass Steves Spektrum uns sagt, dass da eine sehr seltsame Physik im Gange ist. Wir wussten nicht, was es war“, sagte Brian. „Clares Forschung hat das gezeigt.“ Parallele elektrische Felder können dieses seltsame Spektrum erklären.“
Das Team schlägt vor, Raketen von Alaska aus zu starten, um die elektrischen und magnetischen Felder innerhalb dieser Phänomene zu messen, mit dem Ziel, die Gültigkeit ihrer Hypothesen zu überprüfen. Dieses Unterfangen steht im Einklang mit dem kostengünstigen Zugang der NASA zum Weltraum (LCAS) Es wird erwartet, dass es unser Verständnis der Chemie und Physik der oberen Atmosphäre vertieft. Das Ziel wird zunächst ein sogenanntes verstärktes Polarlicht sein, bei dem es sich um ein normales Polarlicht mit „Steve“- und „Lattenzaun“-ähnlichen Emissionen handelt.
„Das verstärkte Polarlicht ist im Grunde diese helle Schicht, die im normalen Polarlicht enthalten ist. Die Farben ähneln denen des Lattenzauns, da es nicht so viel Blau gibt, es gibt mehr Grün durch Sauerstoff und Rot durch Stickstoff. Die Hypothese ist, dass diese auch durch entstehen.“ Der Weg verläuft über parallele elektrische Felder, aber sie sind viel häufiger als Lattenzäune.“
Der Plan besteht nicht nur darin, „eine Rakete durch diese verstärkte Schicht zu fliegen, um diese parallelen elektrischen Felder zum ersten Mal tatsächlich zu messen“, sagte sie, sondern auch darin, eine zweite Rakete zu schicken, um Moleküle in größeren Höhen zu messen, „um zwischen den Bedingungen zu unterscheiden.“ “ „Eine von denen, die Polarlichter verursachen.“ Irgendwann hofft sie, eine Rakete zu bekommen, die direkt durch Steve und den Lattenzaun fliegt.
Neugier treibt diese Suche nach der Aurora an, Steve.
Gaskey führt ihren Erfolg auf die Zusammenarbeit mit Experten zurück, die verschiedene Schichten der Atmosphäre untersuchen, darunter die Mesosphäre und die Stratosphäre. Dieser multidisziplinäre Ansatz hat erhebliche Fortschritte beim Verständnis des Unterschieds zwischen der Aurora und STEVE ermöglicht.
Harding, Gaske und ihre Kollegen haben der NASA einen Vorschlag für den Start einer Raketenkampagne in diesem Herbst vorgelegt und erwarten eine Reaktion auf ihre Auswahl in der ersten Hälfte des Jahres 2024. Gaske und Harding sehen das Experiment als einen entscheidenden Schritt zum Verständnis der Chemie und Physik von der Planet. Die obere Atmosphäre, die Ionosphäre und die Magnetosphäre der Erde.
„Man kann mit Recht sagen, dass es in Zukunft viele Studien darüber geben wird, wie diese elektrischen Felder dorthin gelangten, welche Wellen mit ihnen verbunden sind und welche nicht und was das für den größeren Energietransfer zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum bedeutet.“ “, sagte Harding. „Wir wissen es wirklich nicht. Clares Artikel ist der erste Schritt zu diesem Verständnis.
Das Team wartet gespannt auf die Entscheidung der NASA über ihre geplante Raketenkampagne, die in der ersten Hälfte des Jahres 2024 erwartet wird.
Kurz gesagt, die von Claire Gaske geleitete Forschung stellt einen entscheidenden Fortschritt in der Weltraumphysik dar. Gaskey betonte die schwer fassbare Natur von „Steve“ und dem „Lattenzaun“ als etwas anderes als die Aurora Borealis. Mit fortschreitendem Sonnenzyklus versprechen diese Ergebnisse nicht nur, die Geheimnisse dieser Phänomene zu lüften, sondern auch unser umfassenderes Verständnis der dynamischen Wechselwirkung zwischen Erde und Weltraum zu verbessern.
Mehr über die Nordlichter
Die Aurora Borealis, allgemein bekannt als Nord- und Südlicht, ist ein faszinierendes natürliches Lichtschauspiel am Polarhimmel der Erde. Dies geschieht aufgrund der wunderbaren Wechselwirkung zwischen der Erdatmosphäre und dem Sonnenwind.
Wie oben ausführlich erläutert, glauben Wissenschaftler, dass STEVE und der Lattenzaun durch dieselben physikalischen Prozesse verursacht werden wie das Polarlicht. Dieser Glaube ließ jedoch viele Fragen über den Ursprung ihrer einzigartigen leuchtenden Emissionen unbeantwortet.
Ursprung: Sonnenverbindung
Die Sonne, eine Energie- und Teilchenquelle, sendet ständig Sonnenwinde aus, bei denen es sich um Ströme geladener Teilchen handelt. Auf ihrem Weg zur Erde treffen diese Teilchen auf das Erdmagnetfeld, das eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Polarlichts spielt.
Wenn der Sonnenwind die Erde erreicht, wird er von seinem Magnetfeld beeinflusst. Das bis in den Weltraum reichende Erdmagnetfeld fungiert als Schutzschild und lenkt diese Teilchen in Richtung der Pole. Dabei leiten magnetische Feldlinien diese geladenen Teilchen in die obere Erdatmosphäre.
Zeigt Steves Flagge und das Nordlicht
Das Grundphänomen von Polarlichtern entsteht, wenn diese geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen, mit Gasen wie Sauerstoff und Stickstoff in der Erdatmosphäre kollidieren. Diese Kollision überträgt Energie auf Gasmoleküle, regt sie an und bringt sie dazu, Licht auszusenden, was die Essenz der Polarlichterscheinungen ausmacht.
Die spezifischen Farben des Polarlichts und von STEVE, die von Grün und Rot bis Blau und Violett reichen, hängen von der Art des beteiligten Gases und der Stärke dieser Wechselwirkungen ab.
Die Sonnenaktivität hat großen Einfluss auf die Intensität und Häufigkeit von Aurora Borealis. Während des Sonnenmaximums führen verstärkte Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe zu intensiveren und häufigeren Polarlichtern. Umgekehrt führt ein Sonnenminimum zu einer verminderten Polarlichtaktivität.
Kulturelle und historische Bedeutung
Zusätzlich zu ihrer visuellen Pracht liefern Polarlichter wertvolle Einblicke in die Dynamik der Erdmagnetosphäre und ihre Wechselwirkung mit der Sonnenstrahlung. Die Untersuchung der Polarlichter trägt zu unserem Verständnis darüber bei, wie das Erdmagnetfeld uns vor schädlichen Sonnenemissionen schützt.
Das Polarlicht nimmt in verschiedenen Kulturen einen besonderen Platz ein und inspiriert Mythen und Folklore. Von den Schilden der Walküren in der nordischen Mythologie bis hin zur Darstellung der Ahnengeister im indigenen Glauben waren die Aurora Borealis im Laufe der Geschichte eine Quelle des Staunens und der Inspiration.
Kurz gesagt, die Aurora Borealis ist mit ihrer atemberaubenden Schönheit mehr als nur ein visuelles Spektakel. Es handelt sich um eine dynamische Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und dem Magnetfeld unseres Planeten, die Einblicke in den Schutzschild der Erde ermöglicht und Menschen über Kulturen und Generationen hinweg weiterhin fasziniert.
Die vollständige Studie ist in der Zeitschrift veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe.
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