Lumina nordică Lumina furtunilor tăcute
22 februarie 2020 · Lumina boreală compensează locuitorii din latitudini mari pentru iernile lungi de acolo. Mai la sud, sunt destul de rare și și-au pierdut groaza de odinioară. Nu prea corect.
I.În finlandeză, numele nu are un nume mai original. „Revontuli” înseamnă literalmente „foc nordic”, iar „Revontulibongarin opas” este un „ghid pentru observatorii luminii nordice”. Minna Palmroth, profesor de fizică spațială la Universitatea din Helsinki, a publicat una dintre acestea la începutul anului 2018, astfel încât compatrioții săi să poată căuta ceea ce se află în spatele diverselor forme luminoase pe care le văd adesea în timpul iernilor întunecate finlandeze: nori strălucitori strălucitori, strălucitori Arcuri, raze aparent emanate dintr-un punct și în cele din urmă pereți lungi, cu dungi verticale, care se termină brusc și arată ca cusăturile perdelelor ridate.
Dar de îndată ce a apărut ghidul Palmroth despre Aurora Boreală, cititorii s-au prezentat și s-au plâns. Cărții îi lipsea o formă de lumină boreală pe care o observaseră: degete orizontale aranjate periodic care ieșeau spre sud deasupra tivurilor cortinei. Vă rog, despre ce este vorba? Nici Palmroth, nici cei doi coautori ai ei nu știau. Această formă a luminii nordice, cunoscută acum sub numele de „dune”, nu fusese documentată științific până atunci. În octombrie 2018, profesorul și câțiva amatori au organizat o campanie de observare pentru a obține înregistrări sincrone din diferite locații din Finlanda. Publicarea primei descrieri oficiale a noii forme a luminii boreale a apărut săptămâna trecută în jurnalul de specialitate AGU Advances.
Fenomenul este încă bun pentru surprize și astăzi, întrucât de mult a fost minunat din spațiu. Astfel de jocuri de lumină sunt o apariție aproape cotidiană pentru locuitorii din Marea Arctică, dacă vremea și sezonul o permit. De regulă, domină culoarea verde, uneori roșu deasupra și alteori violet sau albastru în partea inferioară a tivurilor cortinei. În regiunile primelor culturi scrise din sud, luminile boreale sunt mult mai rare, motiv pentru care primele rapoarte istorice de încredere despre ele din jurul anului 700 î.Hr. Sunt transmise din China. Și abia din 1773, când James Cook a pătruns în apele Antarcticii în a doua sa călătorie, am știut că astfel de fenomene există și în sudul adânc. De atunci, aurora australis s-a alăturat aurorei boreale, aurorei nordice, așa cum l-au numit naturalistii de la Galileo și, dacă se vorbește despre fenomen fără referire la un anumit loc de observație, se numește pur și simplu aurora sau „lumina nordică” - chiar dacă este la poli înșiși este relativ rar și mai puțin spectaculos. Cele mai bune aurore pot fi văzute pe un oval între 60 și 80 de grade latitudine nordică sau sudică.
Maori din Noua Zeelandă cunoșteau Tahunui-a-rangi („mare arsură pe cer”) înaintea lui Cook, la fel ca locuitorii nativi ai Australiei. Acestea asociază în mod tradițional aurul boreal cu calamitatea, focul și sângele - o asociație care domină, de asemenea, rapoartele din Europa, din antichitate până în timpurile moderne. Chiar și soborul Aristotel scrie în „Meteorologia” sa despre „lacune sângeroase” și că este evident că „aerul superior arde acolo”. Și atunci când discută diverse fenomene luminoase cerești, Seneca relatează în „Naturales quaestiones” (întrebări despre natură), scrise în jurul anului 65 d.Hr., cum cu treizeci de ani mai devreme sub Împăratul Tiberius Northern Lights a declanșat odată o alarmă falsă memorabilă: „Cohortele s-au repezit la Pentru a ajuta orașul Ostia, care părea să fie în flăcări atunci când cerul strălucea plictisitor pentru o jumătate de noapte, ca un foc fumat dens. "
Dar de ce există din toate locurile? De unde vin aceste particule și care procese le dau energia lor mare?
Astfel de expectorări nu sunt deloc rare. În 2012 a avut loc o erupție care a fost cel puțin la fel de violentă ca cea a evenimentului Carrington, dar a ratat Pământul. O lovitură minoră de acest tip a făcut ca rețeaua electrică să se prăbușească în provincia canadiană Quebec în 1989. Cercetătorii care lucrează cu Sandra Chapman de la Universitatea din Warwick din Anglia tocmai au făcut o estimare nouă, mai precisă, a cât de des se poate aștepta acest lucru Scrisori de cercetare geofizică eliberată. Din datele privind activitatea solară din ultimii 150 de ani, ei deduc că o furtună magnetică ca cea care a provocat întreruperea în Quebec are o probabilitate de patru procente pe an, un eveniment Carrington cu 0,7 la sută. Acest lucru nu este adesea, dar suficient de des, având în vedere dependența crescândă a civilizației moderne de infrastructura electronică din ce în ce mai complexă, pentru a efectua cercetări în ceea ce privește furtunile magnetice și, astfel, și aurora boreală, nu numai pentru interesele de bază.
Procesul se numește reconectare, adică reconectare, iar liniile de câmp extrem de îndoite pe care le lasă inițial în urmă (Fig. 4) nu pot rămâne așa. Tensiunea la care se află este eliberată în momentul următor, pe măsură ce buclele liniei de câmp nou închise reduc curbura extremă a curbelor lor cât mai repede posibil, se fixează înapoi și transportă particulele de plasmă, care sunt legate de câmpurile magnetice datorită sarcinii lor electrice . Există doar foarte puține particule pe centimetru cub - din punct de vedere geofizic, magnetosfera pământului este spațială și mai goală decât orice vid care poate fi creat într-un laborator pământesc - dar în dimensiunile spațiale enorme de acolo, se reunesc cantități considerabile de plasmă devine acum sursa particulelor care mai târziu luminează aurorele din atmosfera terestră (Fig. 5).
Dar energia lor nu este suficientă pentru asta. Mai degrabă, există acum o interacțiune complexă a plasmei cu câmpul magnetic în formă de dipol în vecinătatea pământului și a ionosferei terestre și, ca rezultat, a unor curenți electrici puternici de-a lungul liniilor de câmp. Printre altele, deoarece aceste linii converg spre pământ, există o creștere a forței curenților din vecinătatea pământului și, în cele din urmă, o prăbușire a curgerii nestingherite a curentului. „Este ca și cum ar fi aruncat o siguranță”, spune Gerhard Haerendel, director emerit la Institutul Max Planck pentru fizică extraterestră din Garching, care teoretic a cercetat astfel de procese. Liniei i se oferă o rezistență, ca să spunem așa, la care scade tensiunea, ceea ce creează câmpuri electrice în care electronii sunt în special accelerați într-o asemenea măsură încât provoacă aurore atunci când lovesc atmosfera neutră a pământului.
Acest lucru explică de ce luminile nordice nu strălucesc uniform în afara furtunilor magnetice mai grele cauzate de ejectiile de masă coronariană, ci vin și pleacă. Fluturarea cozii magnetosferice în vântul solar duce la momente pulsatorii neregulate de reconectare și, prin urmare, la răcorirea așa-numitelor furtuni parțiale magnetice, numite „subtorme” în literatura de specialitate în limba engleză. Faptul că preferă să elibereze aburul într-un oval în jurul polilor magnetici ai pământului se datorează în cele din urmă geometriei dipolului câmpului magnetic terestru, în timp ce procesele fizice complexe plasmatice sunt ascunse în spatele dinamicii și varietății formelor luminilor polare.
Se află în spatele „dunelor” nou descoperite datorită observatorilor aurore finlandezi? Minna Palmroth și co-autorii ei consideră că este mai probabil ca particulele accelerate magnetic din spațiu să aducă la lumină un fenomen cu adevărat atmosferic: așa-numitele „găuri mezosferice”, unde de densitate în atmosfera înaltă care nu au fost niciodată observate în zonele aurorei. Dar motivul pentru acest lucru, scriu Palmroth și colegii săi, ar putea fi pur și simplu faptul că aurorele interferează cu metodele de observare folosite de cercetătorii atmosferici. Dar acum au un nou instrument: camerele digitale ale „Revontulibongarilor”.
Aerul strălucește și pe alte planete. Cu toate acestea, acestea nu sunt întotdeauna aurora boreală.
A.urorae și luminile polare sunt sinonime atunci când vine vorba de pământ. Dar există și alte planete, în care interacțiunea atmosferică cu particulele încărcate pune coroane strălucitoare pe poli. Magnifice ovale aurore prezintă în special cei doi uriași gazoși Jupiter și Saturn. Imaginile adiacente nu au fost realizate în lumină vizibilă - nu ar fi atât de impresionante acolo - ci în lumină ultravioletă și apoi combinate cu imagini optice convenționale ale planetelor.
Lumina nordică a lui Jupiter este cea mai strălucitoare din întregul sistem solar. Spre deosebire de cele de pe Pământ, ele strălucesc permanent, deși cu o luminozitate fluctuantă, cu o radiație de până la o sută de terawați, de o mie de ori mai mult decât aurorele terestre radiază în timpul unei furtuni magnetice adecvate. Soarele are nevoie de Jupiter și, într-o măsură mai mică, de Saturn și mai puțin. Jupiter are câmpuri magnetice mult mai puternice decât Pământul și, de asemenea, patru luni mari și din apropiere, care furnizează o sursă de particule încărcate, în special luna Io, pe care vulcanii activi aruncă material în jurul lor. Celelalte luni mari ale lui Jupiter au, de asemenea, ionosfere subțiri, care sunt cuplate la Jupiter prin linii de câmp magnetic, astfel încât fiecare lună își provoacă propriul punct luminos pe fiecare pol al lui Jupiter - cel mai îndepărtat, Callisto, aparent doar temporar.
Singura planetă solară fără aurore este Mercur. Pur și simplu îi lipsește o atmosferă care poate fi stimulată să strălucească. Fenomenul a fost dovedit pe toate celelalte planete, deși datele sunt cele mai subțiri pentru Neptun. Indiciile provin dintr-o singură sondă în august 1989 pe planeta cea mai exterioară. Telescopul spațial Hubble a putut observa luminile nordice pe cel de-al doilea exterior, Uranus.
Venus și Marte prezintă, de asemenea, aurore, doar că nu sunt lumini polare, pur și simplu pentru că aceste planete nu au poli, adică nu au poli magnetici. Ambele planete nu își generează propriul câmp magnetic. Pe Marte există o magnetizare reziduală slabă a crustei, dar nu formează un câmp dipolar planetar. În septembrie 2017, sonda americană Marte „Maven” a putut observa o sclipire a atmosferei subțiri marțiene în timpul unei furtuni spațiale solare. Aurora era ultravioletă și mai vizibilă la marginea planetei, unde linia de vedere trece pe distanțe deosebit de mari prin stratul strălucitor al atmosferei.
Acum nu există doar sistemul solar. Câteva mii de planete din jurul altor stele sunt cunoscute astăzi. Majoritatea au fost detectate indirect prin efectele existenței lor asupra semnalului luminos al stelei lor. Nu aveți niciun foton de la ei, ceea ce face cu atât mai lipsit de speranță să încercați să le detectați luminile boreale. Cu toate acestea, aurorele terestre trimit și semnale radio clare - și într-o zi acestea pot fi detectate și pe anumite planete extrasolare.
Singura lumină polară extrasolară care a fost capturată până acum nu provine de pe o planetă, ci de la așa-numita pitică maro, o minge de gaz, de multe ori mai masivă decât Jupiter, dar prea mică pentru a deveni o stea. LSR J1835 + 3259, numele obiectului aflat la 18,5 ani lumină distanță, nu are propriul soare în jurul căruia se rotește - acesta este singurul motiv pentru care lumina din aurorele sale poate fi detectată deloc. Modul în care produce aurore pentru el însuși și, de asemenea, unele care strălucesc de un milion de ori mai intens decât cele ale pământului, nu a fost încă clarificat. Se rotește posibil în câmpul său magnetic, care este de 200 de ori mai puternic decât cel al lui Jupiter, o mică planetă pe care fumează vulcanii.