Mechanizm generujący rozproszone zorze wyjaśniony

Mechanizm generujący rozproszone zorze wyjaśnionyOriginal Press Release
Nowe wyniki prowadzonych z kosmosu badań opublikowane 21 października na łamach magazynu Nature zamykają dziesięciolecia akademickiego sporu dotyczącego źródeł świecenia górnych warstw atmosfery, znanego jako rozproszona zorza (diffuse aurora).

Obecnie włączamy fale VLF do modeli komputerowych służących do prognozowania pogody kosmicznej, która nie tylko wpływa na satelity i systemy energetyczne na Ziemi, ale również dokładność nawigacji GPS i wysokiej częstotliwości fale radiowe używane do komunikacji z samolotami latającymi na trasach w pobliżu biegunów Ziemi.

Prof. Richard Horne

Naukowcy od dawna wiedzieli, że rozproszone zorze są wywoływane przez elektrony zderzające się z atomami w górnych warstwach atmosfery. Jednak w normalnych warunkach elektrony są wychwytywane na znacznie większych wysokościach przez ziemską magnetosferę – problem leżał w zrozimieniu w jaki sposób docierały one do atmosfery.

Od lat 70. ubiegłego wieku naukowcy rozważali czy fale radiowe bardzo niskich częstotliwości (VLF) mogą rozpraszać złapane elektrony i wprowadzać je do atmosfery. W przestrzeni kosmicznej zidentyfikowane dwa typy fal VLF potencjalnie mogących wytworzyć rozproszone zorze, jednak mimo lat badań i dyskusji brakowało ostatecznych wniosków. Nowe badania pokazują, że niewątpliwym sprawcą są fale VLF określane mianem fal chóralnych (chorus waves) – nazwanych tak bowiem ich sygnały rejestrowane przez naziemne odbiorniki brzmią jak poranny chór ptaków odtwarzany wstecz przez potężne głośniki.

Szczegółowa analiza danych satelitarnych umożliwiła autorom obliczenie efektów jakim poddane są schwytane elektrony i zidentyfikowanie, które z fal radiowych są przyczyną rozpraszania.

Jak wyjaśnia kierujący badaniami prof. Richard Thorne z UCLA: -” Przełom nastąpił gdy zdaliśmy sobie sprawę, że elektrony, które przemieszczały się z przestrzeni wgłąb atmosfery Ziemi pozostawiały coś na kształt podpisu, w efekcie przekazując nam historię tego jak doszło do ich rozproszenia. Mogliśmy wówczas przeanalizować dane satelitarne dla dwóch typów fal VLF i przeprowadzając obliczenia – w tym tempo w jakim elektrony przemieszczały się do atmosfery Ziemi – zobaczyć, że odpowiedzialne były fale chóralne.”

„Nasze odkrycie jest istotne, ponieważ pomoże naukowcom zrozumieć, jak rozproszona zorza prowadzi do zmian chemii górnych warstw atmosfery Ziemi, w tym wpływa na ozon na dużych wysokościach, który może prowadzić do zmian temperatury w całej objętości atmosfery „- dodaje prof. Richard Horne z BAS. -„Obecnie włączamy fale VLF do modeli komputerowych służących do prognozowania pogody kosmicznej, kótra nie tylko wpływa na satelity i systemy energetyczne na Ziemi, ale również dokładność nawigacji GPS i wysokiej częstotliwości fale radiowe używane do komunikacji z samolotami latającymi na trasach w pobliżu biegunów Ziemi.”

Zorza rozproszona to zjawisko odmienne od lepiej znanych zórz polarnych. Te ostatnie przypominają ogniste, ruchome kurtyny barwnego światła i są widoczne gołym okiem. Zorze rozproszone są znacznie słabsze ale bardziej rozległe. To one również przenoszą większość energii do atmosfery.

Źródła:

  • Thorne, R. M., Ni, B., Tao, X., Horne, R. B., & Meredith N. P., Scattering by chorus waves as the dominant cause of diffuse auroral precipitation, Nature, doi:10.1038/nature09467 (2010).
  • British Antarctic Survey: New space research settles years of scientific debate
  • Zdjęcie: NASA
New space research settles years of scientific debate

New space research published this week (Thursday 21 October) in the journal Nature, has settled decades of scientific debate.  Researchers from the University of California (UCLA) and British Antarctic Survey (BAS) have found the final link between electrons trapped in space and the glow of light from the upper atmosphere known as the diffuse aurora. The research will help us understand ‘space weather’, with benefits for the satellite, power grid and aviation industries, and how space storms affect the Earth’s atmosphere from the top down.

Scientists have long understood that the ‘diffuse aurora’ is caused by electrons striking the upper atmosphere.  However, the electrons are normally trapped much higher up in the Earth’s magnetic field through a long chain of events starting with the Sun.  The problem is to understand how these electrons reach the atmosphere.

Since the 1970s scientists have debated whether very low frequency (VLF) radio waves could scatter the trapped electrons into the atmosphere.  Two types of VLF waves were identified in space as the possible cause of the ‘diffuse aurora’, but despite years of argument and research no conclusive result had been possible.  The new research shows, without doubt, that VLF waves known as ‘chorus’ are responsible; so-called since the signals detected by ground-based recording equipment sound like the bird’s dawn chorus when played back through a loud speaker.

Through detailed analysis of satellite data the authors were able to calculate the effects on the trapped electrons and identify which radio waves were causing the scattering.

Lead author Professor Richard Thorne from UCLA says,

“The breakthrough came when we realised that the electrons being lost from space to the Earth’s atmosphere were leaving a signature, effectively telling a story about how they were being scattered.  We could then analyse our satellite data on the two types of VLF waves and by running calculations on them – including the rate at which the electrons were being lost to the Earth’s atmosphere – we could clearly see that chorus waves were the cause of the scattering.”

Professor Richard Horne from British Antarctic Survey says,

“Our finding is an important one because it will help scientists to understand how the diffuse aurora leads to changes in the chemistry of the Earth’s upper atmosphere, including effects on ozone at high altitude, which may affect temperature right through the atmosphere.

“We are also including the VLF waves into computer models to help predict ‘space weather’ which not only affects satellites and power grids, but also the accuracy of GPS navigation and high frequency radio communications with aircraft on polar routes.”

The ‘diffuse aurora’, is not the same as the ‘discrete aurora’ known as the northern and southern lights.  ‘Discrete aurora’ look like fiery moving curtains of colourful light and can be seen by the naked eye, whereas the diffuse aurora is much fainter but more extensive.  The ‘diffuse aurora’, which typically accounts for three-quarters of the energy input into the upper atmosphere at night, varies according to the season and the 11 year solar cycle.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *