Füüsik selgitab säravat teadust aurorade taga

Füüsik selgitab säravat teadust aurorade taga

Lilla ja roheline aurora Delta Junctionis Alaskal. Pildistatud 10. aprillil 2015. Krediit: NASA / Sebastian Saarloos

Iga päevMaa põhja- ja lõunapoolusel katavad aurorade kummituslikud tantsivad tuled taeva mitmevärvilisenaneoon- ja hernesupirohelisest pehme ja tulipunase toonini. Šoti luuletaja David Vedder1800. aastate keskel kirjeldatud aurora borealis kui 'pärlite ja teemantide torm',samas kui 19. sajandi Antarktika uurijad kord võrreldud aurora australis madu „tulistab üle poolkera”.



NASA plasmafüüsikule ja kodanikuteaduse projekti asutajale Aurorasaurus , Liz MacDonald, aurora on nagu 'sädelev pomm'Päikesest voolav laetud osakeste kobar, mis interakteerub Maa magnetväljaga. sisse hiljutine intervjuu teadusreedel , selgitas ta, et Maa istub selles pidevas päikesetuule voos, mistõttu selle magnetväli muutub suureks pisarakujuliseks pika sabaotsaga dipoolmagnetiks.

Krediit: kasutatud Liz MacDonaldi loal

Sära 'rändab 93 miljonit miili päikesest välja igas suunas ja tabab mõnikord Maad, kus see interakteerub Maa magnetvälja piirkonnaga,' ütles MacDonald. 'Lõpuks vabaneb see energia ovaalse kujuga kõrgetel laiuskraadidel, kus see loob aurora valguse ja kogu selle ilu ja dünaamika, mida näete.'

Aurora ilus peitub palju teaduslikke saladusi, millele MacDonald loodab vastata.

Teadusreede võttis MacDonaldiga kokku, et saada lisateavet auroralifüüsika kohta, selle kohta, mis meelitas teda neid uurima, 'sädeleva pommi' analoogia sünnist ja sellest, kuidas kodanikuteadus ja sotsiaalmeedia võivad aidata lahendada mõningaid kaunite tuledega seotud saladusi. .

Miks sa sattusid aurorasid õppima?
Washingtoni ülikooli bakalaureuseõppena kartsin füüsikatundi. Aga mul oli suurepärane mentor ( Ruth Skoug, praegu Los Alamose riikliku labori teadlane )kes uuris aurorasid ja avas mu silmad uurimisele. Aurorad olid ilusad ja keerulised ning nende kohta tehtud uurimused olid käegakatsutavad ja neil oli praktilisi rakendusi. Kõik need põhjused tõmbasid mind aurora poole. Minu mentor veenis mind läbima veel ühe füüsikatunni ja siis veel ühe ning siin ma olen.

Miks paistavad mõned aurorad erinevat värvi?
The erinevad värvid tuleneb erinevat tüüpi kokkupõrgetest, mis toimuvad kosmosest alla sadevate laetud osakeste ja atmosfääri ülakihti ümbritsevate erinevat tüüpi aatomite vahel. Mõnel auroral on rohkem kui üks värv. Aurorasaurusel on mitmesugust graafikat sellel.

Kanadas Yellowknife'i osariigist väljaspool hõljub jääteede kohal roheline aurora. Krediit: kasutatud Liz MacDonaldi loal

sisse hiljutine teadusreede intervjuu , kirjeldate aurorasid kui 'päikese poolt tulevate laetud osakeste' sädelevaid pomme. Mida sa selle all mõtled?
See on analoogia mõtlesin välja et aidata kirjeldada kosmosekeskkonna nähtamatuid laetud osakesiplasma, mis reageerib kosmose elektri- ja magnetväljadele. Plasma on nähtamatud laetud osakesed, mis täidavad ruumi ja millel on kõikvõimalikud keerulised liikumised.

Ruum ei ole tühi. See on täidetud plasma või magnetiseeritud säraga. Kosmos on enamasti nähtamatu, kuni paned ette sädelevad prillid ja sisened heliofüüsika (päikese mõju uurimine päikesesüsteemile) maailma. Seal on palju erinevad liigid ja kogused säravatest, peamiselt positiivsetest ja negatiivsetest, mis liiguvad erineva kiirusega.

Päike kiirgab seda nähtamatut päikese säramõnikord puhub tuul kõvasti, mõnikord pehme – tema magnetilise baleriiniseeliku järel. Tõsiselt, päikesel on sära ja see keerleb kord 27 päeva jooksul. Võite sellest ette kujutada vapustavat magnetohüdrodünaamilist füüsikat!

Maa ülemisel atmosfääril on oma sära, mis liigub suure keeriseva mulli sees. Seetõttu on magnetosfäär koht, kus sädeleb päikesetuul ja Maa sära tantsida , ja just see tants loob oma vapustava füüsika.

Me võime seda kõike põhjalikult uurida, kuid võime kaotada aukartuse. Ma arvan, et plasma kujutamine millegi tuttavamana, näiteks sädeleva pommina, võib aidata teadlastel mõningaid põhiprotsesse edastada. ma kirjutasin rida säutse ja tahaks kirjutada ka lasteraamatut.

Miks muutuvad aurorad aktiivsemaks iga 11 aasta järel? Ja miks neid lõunapoolsematel laiuskraadidel nähakse?
Aurorad muutuvad aktiivsemaks iga 11 aasta järel, kuna päikese magnetväli tegelikult muudab selle kadentsi polaarsust. Päikesekiired ja muu päikese pinnal liikuv tegevus varieerub ümberpööramise tõttu suuresti.

Praegune päikesetsükkelesimene pärast sotsiaalmeedia olemasolusaavutas haripunkti 2014. aastal. Tegemist on laiaulatusliku suurenenud aktiivsuse maksimumiga, mis on mitu aastat, kus päikese poolt tekitatud tormide ajal on aurora näha poolustest kaugemal.

Mida võivad aurorad teadlastele kosmosekeskkonna ja ilmastiku kohta öelda?
Aurorad on nagu teleekraan sellest, mis toimub Maa ümber magnetruumis. Nad räägivad meile keskkonnast, kus kosmoseaparaadid, nagu geosünkroonsed telekommunikatsioonisatelliidid, elavad ja kuidas kosmoseilm neid mõjutab. See on oluline satelliitide tervise, kulude ja pikaealisuse seisukohalt. Kuna aurora koosneb ka paljudest laiadest elektrivoolulehtedest või kardinatest, võib see häirida elektriülekannet madalal maaorbiidil ja maapinnal.

2011. aastal Missouris Independence'is jäädvustatud üleni punase aurora tuline sära. Krediit: NASA/Tobias Billings

Millised on suurimad arusaamatused aurorade kohta?
Arusaamatus number üks on kahtlemata see, et aurorad on põhjustatud otseselt päikeselt Maa atmosfääri sisenevatest osakestest, jättes tähelepanuta magnetosfääri, kaitsva magnetmulli, milles me elame, ja laetud ülemise atmosfääri ehk ionosfääri rolli. aurora loomisel. Magnetosfäär on energia salvestamise ja päikesest vabastamise töötlemise (või jaotamise) jaoks tohutult oluline.

Kuidas saavad kodanikuteaduse projektid meeldida Aurorasaurus paremini mõistame aurorasid ja Maad ümbritsevat ruumi?
Aurorateadus on üsna väike ja noor valdkond. Kodanike teadlased saab kaasa aidata mõnede haruldaste auraalsete nähtuste avastustele, nagu Saskatchewani osariigis Albertas leitud õhuke lilla kaar, nimetati leidjaid ajutiselt Steve . Võimalused satelliitidega aurorasid jälgida on väga hõredad ja meie mudelid on veel väga esialgsed. Kodanikuteadlased saavad koos neid andmeid täiendada ja aidata luua paremaid auraalse tegevuse mudeleid kosmoseilmastiku kaitseks.

Aurorasaurusesse panustavad kodanikuteadlased saavad ka üksteist reaalajas kogu maailmas aidata, teavitades tingimusi. Meie platvorm edastab asukohapõhiseid hoiatusi, mis põhinevad mitmel usaldusväärsel kodanike teadlaste aruandel, mida saab seejärel kasutada selleks, et hinnata, milline on teie võimalus oma piirkonnas aurorat näha.

Milliseid saladusi sa veel auroradega seoses lahendada tahaksid?
Suurim on ühendus osakeste vahel, mida mõõdame magnetosfääris rohkem kui 100 000 miili kaugusel asuvatelt satelliitidelt, ja osakeste vahel, mis sajavad ja suunavad aurora valgust. Väljajooned ise venivad kiiresti ja neid on väga raske jälgida, kuna meil pole otseseid viise nende ühenduste loomiseks. Me hakkame mõtlema katsetele, mis suudavad seda teha ja võib-olla lahendada magnetosfääri ja ionosfääri seose saladusi.

Aurora australis tantsib lõunapooluse kohal. Krediit: NOAA / Ross Burgener

Mis on kõige lahedam (või meeldejäävam) aurora, mida olete näinud?
Minul ja mu abikaasal oli rõõm saada aurorat taga ajama koos amatöörastronoomi ja vapustava fotograafi nimega James Pugsley Kanadas Yellowknife'is. Ta suudab vaadata taevasse ja väga peente signaalide põhjal teada, millal on hea mõte veokist välja astuda ja end suurepäraseks etenduseks seada. Teadlasena saan ma andmeid vaadata ja proovida arvata, kus need ilmuvad. Kuid tema meetod hoiab varbad ja kaamera patareid palju kauem soojas. 'Igapäevane' aurora, mis toimub kaugel põhjas, on tähelepanuväärne ja väärt külastamist isegi siis, kui päike pole nii aktiivne.

Mida sa tahaksid, et inimesed auroradest teaksid?
See on karm. Esiteks soovin, et inimesed teaksid, et nad saavad suurendada oma võimalusi teada saada, millal aurora võib olla nähtav, kui tutvuda meie projekti ja rakendustega ning registreeruda hoiatuste saamiseks.

Teiseks soovin, et inimesed teaksid, et see on tegelikult teadusvaldkond. See pole astronoomia, sest me uurime kosmose suures looduslikus laboris käegakatsutavaid Maa-lähedasi protsesse. Lisaks vabandust, ema, see pole astrofüüsika, kuigi see kõlab lahedamalt. Aurora uurimine on osa NASA kosmoseplasma füüsikast, mida nimetatakse heliofüüsikaks.

See intervjuu on avaruse ja selguse huvides toimetatud.