Japonia była ostatnio świadkiem niezwykłej aktywności zorzy polarnej z pojawieniem się zorzy z przewagą łososiowego różu i błękitu, będącej efektem znaczącej burzy magnetycznej.
Naukowcy wykorzystali dane publiczne i naukowe do analizy tych zjawisk, odkrywając nowe szczegóły strukturalne i potencjalne mechanizmy powstawania, kwestionując istniejące teorie na temat genezy zorzy polarnej.
Spektakularne zorze rozświetlają Japonię
Niebo nad japońskimi wyspami Honsiu i Hokkaido rozświetliły wspaniałe zorze polarne, napędzane potężną burzą magnetyczną. Zwykle zorze na niskich szerokościach geograficznych wydają się czerwone ze względu na tlen atom emisji, ale to wydarzenie było wyjątkowe. Łososioworóżowa zorza utrzymywała się przez całą noc, a tuż przed północą wyłoniła się uderzająca, niezwykle wysoka zorza z dominacją błękitu.
Spektakl uwieczniono na filmach wideo wykonanych smartfonami i na amatorskich zdjęciach, co umożliwiło naukowcom połączenie wkładów publicznych z własnymi danymi w celu szczegółowej analizy.
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali filmy i zdjęcia zorzy polarnej, w której dominuje kolor niebieski, aby zmapować jej zasięg, potwierdzając swoje ustalenia za pomocą pomiarów spektrofotometrycznych. Badanie, opublikowane 5 grudnia w Ziemia, planety i przestrzeńkierowali Sota Nanjo, pracownik naukowy ze stopniem doktora w Szwedzkim Instytucie Fizyki Kosmicznej oraz profesor Kazuo Shiokawa z Instytutu Badań nad Środowiskiem Kosmosu i Ziemi (ISEE) w Uniwersytet w NagoiJaponia.
Odsłonięcie tajemnicy niebieskich zorzy
Badania Nanjo i Shiokawy dostarczyły pierwszej wizualizacji struktury przestrzennej zorzy z dominacją błękitu podczas burzy. Naukowcy odkryli, że zorze polarne miały struktury podłużne, które pokrywały się z liniami pola magnetycznego. Po raz pierwszy zidentyfikowano je w zorzy z dominacją koloru niebieskiego na niskich szerokościach geograficznych. Odkryli również, że zorza rozciągała się na długości około 1200 km, składała się z trzech oddzielnych struktur i znajdowała się na wysokości od 400 do 900 km.
Odkrycia Nanjo i Shiokawy mogą zmienić nasze rozumienie niebieskich zórz polarnych. Uważa się, że prąd pierścieniowy, obszar naładowanych cząstek otaczający Ziemię w kształcie pierścienia, jest źródłem energetycznych atomów neutralnych (ENA), które wytwarzają zorze polarne na niskich szerokościach geograficznych, w tym zorzę czerwoną. Według tego modelu burza prawdopodobnie pobudziła ENA, tworząc kolorowy pokaz światła.
Rzucanie wyzwania ustalonym modelom
Jednak odkryć grupy nie można łatwo wytłumaczyć tym mechanizmem. Jak wyjaśnia Shiokawa: „W tym badaniu w zorzy zdominowanej przez kolor niebieski odkryto strukturę o długości kilkuset kilometrów w kierunku wzdłużnym, co jest trudne do zinterpretowania jedynie na podstawie aktywności ENA. Ponadto jest mało prawdopodobne, aby ENA utworzyły struktury zorzowe zgodne z liniami pola magnetycznego, co zaobserwowano w tym badaniu”.
Inną możliwością było to, że zorza powstała w wyniku rezonansowego rozpraszania jonów molekularnych azotu spowodowanego napromieniowaniem słonecznym. Jednak badania grupy sugerują, że nastąpił inny proces, ponieważ światło słoneczne sięgało jedynie do 700 km, a nie do 400 km obserwowanych przez badaczy.
Niezidentyfikowane procesy na dużych wysokościach
Zamiast tego ich wyniki mogą wskazywać na intrygującą możliwość niezidentyfikowanego procesu. „Nasze odkrycia sugerują, że jony cząsteczkowe azotu mogły w jakiś sposób przyspieszyć w górę i były odpowiedzialne za powstanie zorzy z przewagą koloru niebieskiego” – stwierdziła Shiokawa.
„Do chwili obecnej nie jest dobrze poznane, w jaki sposób jony cząsteczkowe azotu o dużej masie cząsteczkowej mogą istnieć na tak dużych wysokościach” – kontynuował. „Takie jony nie mogą łatwo istnieć przez długi czas ze względu na ich dużą masę i krótkie odstępy czasu między dysocjacją a rekombinacją; jednakże obserwuje się je na dużych wysokościach. Proces ten jest owiany tajemnicą.”
Implikacje dla przyszłych badań
Ogólnie rzecz biorąc, powtarzane obserwacje zórz z przewagą błękitu, takich jak ta obserwowana w Japonii, mogą dostarczyć wskazówek pozwalających zrozumieć zasadę stojącą za znalezieniem azotu na tych wysokościach. Ponieważ proces wypływu jonów molekularnych azotu do magnetosfery jest ważny we wszystkim, począwszy od zrozumienia burz geomagnetycznych po środowisko radiacyjne w kosmosie, odkrycia te mogą pomóc nam zrozumieć procesy zachodzące setki kilometrów nad nami.
Odniesienie: „Struktury przestrzenne niebieskiej zorzy polarnej obserwowane z Japonii podczas ekstremalnej burzy geomagnetycznej w maju 2024 r.”, Sota Nanjo i Kazuo Shiokawa, 5 grudnia 2024 r., Ziemia, planety i przestrzeń.
DOI: 10.1186/s40623-024-02090-9
