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Jonathan Nakstrand/AFP über Getty Images
Nichts kann uns die Freude am Nordlicht verderben, oder Nordlichter, diese Streifen aus blauem, grünem und violettem Licht, die vom Himmel gleiten. Ich weiß nicht einmal genau, was sie verursacht.
Physiker haben lange darüber spekuliert, warum ein ganz bestimmtes Lichtphänomen auftritt, das in den Polarregionen der Erde auftritt.
Jetzt sind sie sich sicher.
Das Artikel – Ware Veröffentlicht im Magazin Naturkommunikation Diese Woche deutet darauf hin, dass die natürliche Lichtshow beginnt, wenn Störungen in der Sonne das Erdmagnetfeld anziehen. Dies führt zu kosmischen Wellen, die als Alfvn-Wellen bekannt sind und Elektronen mit hoher Geschwindigkeit in die Erdatmosphäre schießen, wo sie die Aurora Borealis erzeugen.
“Es wurde vermutet, dass hier der Energieaustausch stattfindet”, sagte Gregory Howes, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der University of Iowa. “Aber niemand hat jemals definitive Beweise dafür gefunden, dass Alfvn-Wellen diese Elektronen unter den richtigen Bedingungen, die Sie im Weltraum über der Aurora haben, tatsächlich beschleunigen.”
Wie sieht Aurora aus?
Die Sonne ist wankelmütig, und dort können heftige Ereignisse wie geomagnetische Stürme im Universum nachhallen.
In manchen Fällen sind die Störungen der Sonne so stark, dass sie das Erdmagnetfeld wie ein Gummiband ablenken und von unserem Planeten wegziehen.
Aber wie ein gedehntes Gummiband prallt das Magnetfeld beim Loslassen zurück, und die Kraft dieses Aufpralls erzeugt starke Wellen, die als Alvin-Wellen 80.000 Meilen von der Erde entfernt bekannt sind. Wenn sich diese Wellen der Erde nähern, bewegen sie sich dank der magnetischen Anziehung des Planeten schneller planet
Auf der gleichen Autobahn im Weltraum reisen auch Elektronen zur Erde, aber nicht so schnell wie die zweitausendsten Wellen.
Die Elektronen auf diesen ultraschnellen Alfvn-Wellen strichen manchmal und erreichten Geschwindigkeiten von bis zu 45 Millionen Meilen pro Stunde, wenn sie nach unten schossen.
“Denken Sie an das Surfen”, sagte Jim Schroeder, Professor für Physik am Wheaton College und Hauptautor des Artikels. “Um zu surfen, musst du mit der richtigen Geschwindigkeit rudern, damit die Ozeanwelle dich einholt und beschleunigt, und wir haben festgestellt, dass die Elektronen surfen. Wenn sie sich relativ zur Welle mit der richtigen Geschwindigkeit bewegen, dann sind sie” werden abgeholt und beschleunigt.“
Austin Montelius / College of Liberal Arts and Sciences, University of Iowa
Wenn Elektronen die dünne obere Atmosphäre der Erde erreichen, kollidieren sie mit Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen und versetzen sie in einen angeregten Zustand. Die angeregten Elektronen kühlen schließlich ab und setzen Licht frei, das wir als Aurora Borealis sehen.
Was hat die Erfahrung gezeigt?
Während Wissenschaftler jahrzehntelang davon ausgegangen sind, dass Alfvn-Wellen für die Beschleunigung von Elektronen verantwortlich sind, lieferte dieses Laborexperiment den einzigen schlüssigen Beweis.
“Niemand hat dies zuvor tatsächlich zwischen Elektronen und Alfvn-Wellen gemessen”, sagte Schroeder gegenüber NPR.
Die Forscher verwendeten das sogenannte Large Plasma Instrument an der UCLA Plasma Science Core Facility, um die Wechselwirkung zwischen den Alvin-Wellen und Elektronen nachzubilden.
Eine solche Studie wäre im Weltraum unmöglich gewesen, sagten sie, da die Forscher nicht vorhersagen können, wann die Aurora auftritt und andere Faktoren im Universum nicht erklären können.
Die Forscher schlugen vor, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen könnten, zu verstehen, wie Partikel in größerem Maßstab aktiviert werden, und ihnen auch ein klareres Bild davon geben, wie Ereignisse auf der Sonne den erdnahen Weltraum sowie die dortige technologische Infrastruktur wie Satelliten beeinflussen.
Für Schroeder gibt es einen weiteren, viel einfacheren Nutzen aus dieser Art von Forschung.
“Es appelliert an unser Gefühl von Ehrfurcht und Ehrfurcht”, sagte er. “Zwielichter haben uns seit Tausenden von Jahren gefangen genommen und blicken in den Nachthimmel und schätzen seine Schönheit. Und ich habe immer festgestellt, dass mein Verständnis dafür, wie man etwas schafft, meine Wertschätzung für diese Schönheit erhöht.”