Небесное явление, известное как STEVE, вероятно, вызвано комбинацией нагрева заряженных частиц в атмосфере и энергичных электронов, таких как те, которые питают полярное сияние, согласно новому исследованию. В новом исследовании ученые обнаружили в космосе область источника STEVE и определили два механизма, которые его вызывают.
В прошлом году непонятные атмосферные огни стали интернет-сенсацией. Типичные полярные сияния, северное и южное сияние, обычно видны как закрученные зеленые ленты, растянувшиеся по небу. Но СТИВ - это тонкая лента розовато-красного или розовато-лилового света, протянувшаяся с востока на запад, южнее, чем там, где обычно появляются полярные сияния. Что еще более странно, к СТИВУ иногда присоединяются зеленые вертикальные столбы света по прозвищу «частокол».
Полярные сияния создаются светящимися атомами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы Земли, возбуждаемыми потоком заряженных частиц из околоземной магнитной среды, называемой магнитосферой. Ученые не знали, был ли STEVE разновидностью северного сияния, но исследование 2018 года показало, что его свечение не связано с заряженными частицами, падающими в верхние слои атмосферы Земли.
Авторы исследования 2018 года назвали STEVE своего рода «светом неба», который отличается от полярного сияния, но не были уверены, что именно его вызывает. Дело усложнялось тем фактом, что STEVE может появляться во время магнитных бурь вокруг Земли, вызванных солнечными лучами, которые приводят в действие 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 забор - это два разных явления, возникающие в результате разных процессов. Штакетник возникает по механизму, аналогичному типичному полярному сиянию, но розовато-лиловые полосы СТИВА вызваны нагревом заряженных частиц в верхних слоях атмосферы, подобно тому, как светятся лампочки.
«Полярное сияние определяется осаждением частиц, электронами и протонами, которые фактически попадают в нашу атмосферу, в то время как атмосферное свечение STEVE возникает в результате нагревания без осаждения частиц», - сказала Беа Галлардо-Лакур, космический физик из Университета Калгари. соавтор нового исследования. «Таким образом, высыпающиеся электроны, вызывающие появление зеленого частокола, являются полярным сиянием, хотя это происходит за пределами авроральной зоны, так что это действительно уникально».
Изображения STEVE прекрасны сами по себе, но они также дают видимый способ изучения невидимых сложных потоков заряженных частиц в магнитосфере Земли, по словам авторов исследования. Новые результаты помогают ученым лучше понять, как развиваются потоки частиц в ионосфере, что является важной целью, поскольку такие возмущения могут мешать радиосвязи и влиять на сигналы GPS.
Откуда взялся СТИВ?
В новом исследовании исследователи хотели выяснить, что приводит в действие STEVE и происходит ли это одновременно в Северном и Южном полушариях. Они проанализировали данные с нескольких спутников, пролетавших над головой во время событий STEVE в апреле 2008 г. и мае 2016 г., чтобы измерить электрические и магнитные поля в магнитосфере Земли в то время.
Затем исследователи соединили спутниковые данные с фотографиями СТИВА, сделанными фотографами-любителями северного сияния, чтобы выяснить, что вызывает необычное свечение. Они обнаружили, что во время STEVE текущая «река» заряженных частиц в ионосфере Земли сталкивается, создавая трение, которое нагревает частицы и заставляет их излучать розовато-лиловый свет. Лампы накаливания работают почти так же, когда электричество нагревает вольфрамовую нить до тех пор, пока она не станет достаточно горячей, чтобы светиться.
Интересно, что исследование показало, что частокол питается от энергичных электронов, вытекающих из космоса в тысячах километров над Землей. Подобно процессу, который создает типичные полярные сияния, эти электроны воздействуют на атмосферу далеко к югу от обычных авроральных широт. Спутниковые данные показали, что высокочастотные волны, движущиеся от магнитосферы Земли к ее ионосфере, могут возбуждать электроны и выбивать их из магнитосферы, создавая полосатый забор 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.
Общественное участие имело решающее значение для исследования STEVE, поскольку оно предоставляло наземные изображения и точные данные о времени и местоположении, по словам Тоши Нисимуры, космического физика из Бостонского университета и ведущего автора нового исследования.
«Поскольку коммерческие камеры становятся все более чувствительными, а волнение по поводу северного сияния распространяется через социальные сети, гражданские ученые могут действовать как «мобильная сенсорная сеть», и мы благодарны им за то, что они предоставили нам данные для анализа», - Нисимура. сказал.