Когда таинственные светящиеся полосы зеленого цвета осветили финское небо в 2018 году, это не осталось незамеченным заядлыми охотниками за сиянием. Структура света была незнакомой и странно совершенной, тянулась к горизонту, как множество небесных песчаных дюн.
Конечно, световое шоу, названное учеными-гражданами как «дюны», оказалось новым типом сияний. Это сияние образовано драматическим танцем гравитационных волн и атомов кислорода, согласно новым находкам, опубликованным сегодня (29 января) в журнале AGU Advances.
Путь к открытию начался несколько лет назад, когда группа энтузиастов полярных сияний написала Минне Палмрот, профессору вычислительной физики космоса в Хельсинкском университете, с просьбой присоединиться к их группе в Facebook. Цель? Пусть Палмрот объяснит физику позади сияний, которые они фотографируют.
Палмрот был счастлив сделать это. Через некоторое время она поняла, что ее ответы становятся повторяющимися, поэтому она продолжила издавать путеводитель по Авроре. Но в октябре 2018 года охотники за сиянием вернулись к ней с изображениями удивительного сияния.
«Тогда я понял, что нет… я не видел их раньше», - сказал Палмрот в интервью Live Science. На первый взгляд, эти полосы выглядят как результат гравитационных волн или нарушений плотности в верхних слоях атмосферы. Верхняя атмосфера пронизана множеством различных гравитационных волн, которые идут в разных направлениях и имеют разные частоты и размеры. Но это объяснение не казалось возможным, потому что волны были так равномерно распределены.
Итак, Палмрот и ее команда организовали кампанию на вечер 7 октября, собирая ученых и граждан по всей Финляндии, чтобы сфотографировать дюны. Анализируя эти фотографии, команда начала понимать физику этого явления.
Это не первый случай, когда охотники за сиянием обнаруживают новое небесное явление; Гражданские ученые также обнаружили, что свечение неба ласково называют STEVE в 2018 году.
«Сотрудничество с гражданскими учеными становится все более важным, потому что они могут стать« мобильными датчиками », которые легко преследуют интересное сияние и улавливают новые функции, которые ученые раньше не замечали», - сказал Тоши Нисимура, научный сотрудник кафедры электротехники и вычислительной техники в Бостоне. Университетский центр космической физики, который не был частью исследования.
Невидимые гравитационные волны
Полярные сияния возникают, когда солнце бросает заряженные частицы на нашу планету. Эти частицы движутся вдоль линий магнитного поля на полюсах нашей планеты и врезаются в атомы и молекулы в нашей атмосфере, заставляя эти молекулы излучать свет. Эти потрясающие световые шоу могут быть разных форм и цветов; согласно НАСА, кислород светится зеленым и красным, а азот - синим и фиолетовым. Астрономы также используют форму полярных сияний, чтобы узнать, что происходит в верхних слоях атмосферы, где они формируются.
В то время как большинство сияний простираются вертикально, дюны тянутся к экватору горизонтально волнообразными волнами. По словам Палмрота, никто раньше не наблюдал такой волнообразной структуры в сиянии.
Ученые предполагают, что дюны освещают тип редкой атмосферной гравитационной волны, называемой мезосферными отверстиями. Эти мезосферные отверстия возникают, когда поднимающаяся в атмосфере гравитационная волна становится изогнутой и зажатой между двумя относительно более холодными слоями атмосферы - инверсионным слоем высотой 49,7 миль (80 километров) и мезопаузой высотой 62 мили (100 км) ,
В этом канале волны распространяются горизонтально и на большие расстояния, не спадая, создавая чередующиеся складки, которые либо обогащены кислородом, либо обеднены кислородом. Когда электроны из Солнца попадают внутрь, складки с более высокими уровнями кислорода загораются больше, чем места, где не хватает кислорода, создавая характерные полосы.
«Это очень интересное наблюдение», - сказал Стивен Миллер, заместитель директора Кооперативного института исследований атмосферы в Университете штата Колорадо, который не принимал участия в исследовании. «Моя первая реакция при просмотре снимков состояла в том, что это могут быть атмосферные гравитационные волны, которые« подсвечиваются »авроральной активностью - похоже, это тоже гипотеза авторов».
Мезосферные отверстия могут объяснять закономерности, наблюдаемые в дюнах, но «я полагаю, что« дюны »на самом деле являются подмножеством гораздо более широко распространенной области атмосферных гравитационных волн, которые оказываются выделенными сиянием», - сказал Миллер в интервью Live Science.
Используя звезды на фотографиях в качестве ориентиров, команда смогла рассчитать высоту дюн около 62 миль (100 км), что типично для полярных сияний. Но этот плохо изученный участок атмосферы слишком высок, чтобы его можно было измерить с помощью радаров и воздушных шаров, и слишком низок, чтобы отправить космические корабли без их сгорания. Так что иногда его называют "невежеством", сказал Палмрот.
«Впервые наблюдаются эти гравитационные волны», - сказал Палмрот. «В целом, отверстия - довольно редкое явление». Но наблюдение за дюнами может раскрыть больше о скважинах, сказал Палмрот.
Например, ученые обнаружили, что дюны встречаются в то же время и в том же регионе, где электромагнитная энергия из космоса переносится в верхние слои атмосферы, что, как подозревает Палмрот, может быть связано с созданием мезосферных отверстий инверсионного слоя. «Мы хотим посмотреть, действительно ли это правда», - сказала она.
