Polárna žiara Svetlo tichých búrok
22. februára 2020 · Polárna žiara kompenzuje obyvateľom vysokých zemepisných šírok dlhé tamojšie zimy. Na juh sú pomerne zriedkavé a stratili svoju niekdajšiu hrôzu. Nie celkom v poriadku.
I.Vo fínčine názov nemá pôvodnejší názov. „Revontuli“ doslova znamená „severný oheň“ a „Revontulibongarin opas“ je „sprievodca pre pozorovateľov polárnej žiary“. Minna Palmroth, profesorka fyziky vesmíru na Helsinskej univerzite, začiatkom roka 2018 priniesla jednu z nich, aby jej krajania mohli zistiť, čo sa skrýva za rôznymi svetelnými tvarmi, ktoré často vidia počas tmavých fínskych zím: rozptýlené žiariace mraky, žiariace Oblúky, lúče zdanlivo vychádzajúce z jedného bodu a nakoniec dlhé, vertikálne pruhované steny, ktoré sa náhle končia a vyzerajú ako švy zvrásnených záclon.
Len čo sa však objavil Palmrothov sprievodca polárnou žiarou, čitatelia sa prihlásili a sťažovali sa. V knihe chýbala forma polárneho svetla, ktorú pozorovali: periodicky usporiadané vodorovné prsty, ktoré vyčnievali na juh nad lemy záclon. O čo, prosím, ide? Palmroth ani jej dvaja spoluautori to nevedeli. Táto forma polárnej žiary, ktorá sa dnes nazýva „duny“, nebola do tej doby vedecky zdokumentovaná. V októbri 2018 profesor a niektorí amatéri zorganizovali pozorovaciu kampaň zameranú na získanie synchrónnych záznamov z rôznych miest vo Fínsku. Zverejnenie teraz oficiálneho prvého popisu novej formy polárnej žiary sa objavilo v odbornom časopise minulý týždeň Zálohy AGU.
Aj dnes je tento fenomén stále dobrý na prekvapenie, pretože sa nad ním už dlho čudovalo z vesmíru. Takéto hry svetla sú pre obyvateľov Vysokej Arktídy takmer každodenným javom, ak to počasie a ročné obdobie umožňuje. Spravidla dominuje zelená farba, nad ňou niekedy červená a na spodnej časti závesu lemy niekedy fialová alebo modrá. V regiónoch prvých písomných kultúr južnejšie je polárna žiara oveľa zriedkavejšia, a preto sú o nich aj prvé spoľahlivé historické správy z obdobia okolo roku 700 pred n. Sú odovzdávané z Číny. A až od roku 1773, keď James Cook prenikol do antarktických vôd na svojej druhej ceste, sme vedeli, že také javy existujú aj na hlbokom juhu. Odvtedy sa polárna žiara pripojila k polárnej žiare, severnej polárnej žiare, ako ju prírodovedci nazývajú od Galileiho, a ak niekto hovorí o fenoméne bez odkazu na konkrétne pozorovacie miesto, jednoducho ho nazýva polárna žiara alebo „polárna žiara“ - aj keď je na samotných póloch je pomerne zriedkavý a menej pôsobivý. Najlepšie polárne žiary možno pozorovať na ovále medzi 60 a 80 stupňami severnej alebo južnej šírky.
Maori na Novom Zélande poznali Tahunui-a-rangi („veľké horiace na oblohe“) už pred Cookom, rovnako ako pôvodní obyvatelia Austrálie. Tieto si tradične spájajú polárnu žiaru s kalamitou, ohňom a krvou - združenie, ktoré dominuje aj správam z Európy od staroveku po modernú dobu. Aj triezvy Aristoteles píše vo svojej „meteorológii“ o „krvavých medzerách“ a že je zrejmé, že tam „horí vzduch“. A keď diskutuje o rôznych nebeských svetelných úkazoch, Seneca vo svojich správach „Naturales quaestiones“ (otázky o prírode) z roku 65 n. L. Uvádza, že o tridsať rokov skôr, keď severné svetlá za cisára Tiberia spustili pamätný falošný poplach: „Kohorty sa ponáhľali k Pomôcť mestu Ostia, ktoré sa zdalo, že horí, keď obloha na pol noci žiarila tupo, ako husto dymiaci oheň. ““
Ale prečo tam zo všetkých miest? Odkiaľ tieto častice pochádzajú a ktoré procesy im dodávajú ich vysokú energiu?
Takéto vykašliavanie nie je v žiadnom prípade zriedkavé. V roku 2012 došlo k erupcii, ktorá bola prinajmenšom rovnako násilná ako pri udalosti z Carringtonu, ale minula Zem. Menší zásah tohto typu spôsobil v roku 1989 kolaps elektrickej siete v kanadskej provincii Quebec. Vedci spolupracujúci so Sandrou Chapmanovou z University of Warwick v Anglicku iba nedávno vytvorili nový, presnejší odhad, ako často sa to dá očakávať Listy o geofyzikálnom výskume prepustený. Z údajov o slnečnej aktivite za posledných 150 rokov odvodzujú, že magnetická búrka, ako bola tá, ktorá spôsobila výpadok energie v Quebecu, má pravdepodobnosť štyri percentá ročne, udalosť v Carringtone s 0,7 percenta. To nestačí, ale často stačí, aby sa výskum magnetických búrok, a teda aj polárnej žiary, vzhľadom na rastúcu závislosť modernej civilizácie od čoraz zložitejšej elektronickej infraštruktúry, neuskutočňoval iba zo základného záujmu.
Proces sa nazýva opätovné pripojenie, t. J. Opätovné pripojenie, a extrémne zalomené siločiary, ktoré na začiatku zanecháva (obr. 4), nemôžu tak zostať. Napätie, pod ktorým sú, sa uvoľní v nasledujúcom okamihu, keď novo zatvorené slučky siločiary čo najrýchlejšie znižujú extrémne zakrivenie svojich zalomení, cvakajú späť a odnášajú častice plazmy, ktoré sú vďaka elektrickému náboju viazané na magnetické polia. . Na kubický centimeter je len veľmi málo častíc - z geofyzikálneho hľadiska je zemská magnetosféra vesmírna a prázdnejšia ako akékoľvek vákuum, ktoré je možné vytvoriť v pozemskom laboratóriu - ale v tých obrovských priestorových rozmeroch existuje značné množstvo plazmy sa teraz stáva zdrojom častíc, ktoré neskôr rozsvietia polárne žiary v zemskej atmosfére (obr. 5).
Ale ich energia na to nestačí. Teraz skôr dochádza k zložitej interakcii plazmy s dipólovým magnetickým poľom v blízkosti Zeme a pozemskej ionosféry a vo výsledku k silným elektrickým prúdom pozdĺž siločiar. Okrem iného preto, že tieto čiary konvergujú k zemi, dochádza k zvýšeniu sily prúdov v blízkosti Zeme a nakoniec k zrúteniu neobmedzeného toku prúdu. „Je to, akoby praskla poistka,“ hovorí Gerhard Haerendel, emeritný riaditeľ Inštitútu Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku v Garchingu, ktorý tieto procesy teoreticky skúmal. Vedeniu je daný takpovediac odpor, pri ktorom klesá napätie, čím sa vytvárajú elektrické polia, v ktorých sú urýchľované najmä elektróny do takej miery, že pri dopade na neutrálnu zemskú atmosféru spôsobujú polárne žiary.
To vysvetľuje, prečo polárne žiary nesvietia rovnomerne mimo silných magnetických búrok spôsobených vyvrhnutím koronálnej masy, ale prichádzajú a odchádzajú. Třepetanie magnetosférického chvosta v slnečnom vetre vedie k nepravidelne pulzujúcim okamihom opätovného spojenia, a tým k osvieženiu takzvaných magnetických čiastočných búrok, ktoré sa v odbornej literatúre v angličtine nazývajú „búrky“. Skutočnosť, že radšej púšťajú paru v ováli okolo magnetických pólov Zeme, je v konečnom dôsledku dôsledkom dipólovej geometrie pozemského magnetického poľa, zatiaľ čo za dynamikou a rozmanitosťou tvarov polárnych svetiel sa skrývajú zložité plazmovo-fyzikálne procesy.
Sú za novoobjavenými „dunami“ vďaka fínskym pozorovateľom polárnej žiary? Minna Palmroth a jej spoluautori si myslia, že je pravdepodobnejšie, že magneticky urýchlené častice z vesmíru prinesú na svetlo skutočný atmosférický jav: takzvané „mezosférické otvory“, vlny hustoty v horných vrstvách atmosféry, ktoré predtým v zónach polárnej žiary neboli nikdy pozorované. Dôvodom však môžu byť, píšu Palmroth a kolegovia, jednoducho to, že polárne žiary interferujú s metódami pozorovania používanými výskumníkmi atmosféry. Teraz však majú nový prístroj: digitálne fotoaparáty „Revontulibongarians“.
Vzduch žiari aj na iných planétach. Nie vždy to však sú polárne žiary.
A.urory a polárne svetlá sú synonymom, pokiaľ ide o zem. Existujú ale aj iné planéty, kde atmosférická interakcia s nabitými časticami dáva na póly žiariace korunky. Veľkolepé ovály polárnej žiary ukazujú najmä dvoch plynných gigantov Jupitera a Saturn. Susedné obrázky neboli vytvorené vo viditeľnom svetle - dlho by tam neboli také pôsobivé - ale v ultrafialovom svetle a potom boli kombinované s konvenčnými optickými snímkami planét.
Polárne svetlo Jupitera je najjasnejšie v celej slnečnej sústave. Na rozdiel od tých na Zemi svietia permanentne, aj keď s kolísavým jasom, s výkonom žiarenia až sto terawattov, tisíckrát toľko, ako vyžarujú pozemské polárne žiary počas správnej magnetickej búrky. Slnko potrebuje Jupiter a v menšej miere Saturn a menej. Jupiter má oveľa silnejšie magnetické polia ako Zem a tiež štyri veľké a blízke mesiace, ktoré zaisťujú prísun nabitých častíc, najmä mesiac Io, na ktorý okolo seba hádžu aktívne sopky materiál. Ostatné veľké mesiace Jupitera majú tiež tenké ionosféry, ktoré sú s Jupiterom spojené prostredníctvom magnetických siločiar, takže každý mesiac vytvára na každom póle Jupitera svoje vlastné svetelné miesto - najvzdialenejší, Callisto, zjavne iba dočasne.
Jedinou slnečnou planétou bez polárnych žiarok je Merkúr. Jednoducho mu chýba atmosféra, ktorú je možné stimulovať k žiareniu. Tento jav bol dokázaný na všetkých ostatných planétach, aj keď údaje sú pre Neptún najtenšie. Stopy pochádzajú z jediného preletenia sondy v auguste 1989 na najvzdialenejšej planéte. Hubblov vesmírny ďalekohľad dokázal pozorovať severné svetlá na druhom najvzdialenejšom mieste Uránu.
Venuša a Mars tiež ukazujú polárne žiary, ibaže to nie sú polárne svetlá, jednoducho preto, že tieto planéty nemajú žiadne póly, to znamená žiadne magnetické póly. Obe planéty negenerujú svoje vlastné magnetické pole. Na Marse je slabá zvyšková magnetizácia kôry, ale netvorí planetárne dipólové pole. V septembri 2017 bola americká sonda Marsu „Maven“ schopná pozorovať záblesk riedkej marťanskej atmosféry počas slnečnej búrky. Polárna žiara bola ultrafialová a najviditeľnejšia na okraji planéty, kde línia videnia vedie zvlášť dlho na veľké vzdialenosti cez žiariacu vrstvu atmosféry.
Teraz neexistuje iba slnečná sústava. Dnes je známych niekoľko tisíc planét okolo iných hviezd. Väčšina z nich bola nepriamo detegovaná prostredníctvom účinkov ich existencie na svetelný signál ich hviezd. Nemáte od nich jediný fotón, čo je o to beznádejnejšie pokúsiť sa zistiť ich severné svetlo. Pozemské polárne žiary však vysielajú aj jasné rádiové signály - a jedného dňa ich možno zistiť aj na určitých extrasolárnych planétach.
Jediné extrasolárne polárne svetlo, ktoré bolo doteraz zachytené, nepochádza z planéty, ale z takzvaného hnedého trpaslíka, plynovej gule, mnohokrát stotisíc hmotnejšej ako Jupiter, ale príliš malého na to, aby sa stala hviezdou. LSR J1835 + 3259, názov objektu vzdialeného 18,5 svetelných rokov, nemá svoje vlastné slnko, okolo ktorého sa otáča - iba preto je možné svetlo z jeho polárnych žiarok vôbec detekovať. Ako pre seba vyrába polárne žiary a tiež niektoré, ktoré žiaria miliónkrát intenzívnejšie ako žiarenie na zemi, ešte nebolo objasnené. Možno rotuje vo svojom magnetickom poli, ktoré je 200-krát silnejšie ako v prípade Jupitera, malej planéty, na ktorej dymia sopky.