Cực quang đầy mê hoặc với những tấm rèm màu xanh lá cây, đỏ và tím rực rỡ đã làm say lòng những người ngắm bầu trời đêm từ lâu. Tuy nhiên, sự xuất hiện gần đây của hiện tượng giống cực quang kỳ lạ – những vệt trắng tím được gọi là “Steve” và chúng thường đi kèm… Xanh rực rỡ “Hàng rào Picket” – đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như những người quan sát bầu trời.

Lần đầu tiên được xác định vào năm 2018 là một biến thể của cực quang nổi tiếng hơn, Steve, được đặt theo tên của một nhân vật trong một bộ phim thiếu nhi năm 2006, hiện tượng hàng rào cọc ban đầu được cho là sản phẩm của các quá trình vật lý tương tự như cực quang. Tuy nhiên, giả định này để lại nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về nguồn gốc của lượng khí thải phát sáng độc đáo của chúng.

Cơ chế mới tạo ra pháo sáng bầu trời

Nhập Claire Gaskey, một sinh viên tốt nghiệp đầy triển vọng về vật lý tại Đại học đại học California, Berkeley. Gaske đã đề xuất một lời giải thích thú vị cho những hiện tượng này, đề xuất một cơ chế vật lý hoàn toàn khác với cơ chế tạo ra cực quang thông thường.

Gaskey cho biết: “Điều này sẽ làm đảo lộn mô hình của chúng tôi về những gì tạo ra ánh sáng và năng lượng ở cực quang trong một số trường hợp”. “Nó thực sự rất thú vị và hiện nay nó là một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý vũ trụ.”

Hợp tác với Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ (SSL) Tại Berkeley, Gaske kêu gọi một NASA Nhiệm vụ phóng tên lửa vào cực quang để xác nhận giả thuyết của nó. Nghiên cứu này trùng hợp với thời điểm Mặt trời bước vào giai đoạn tích cực hơn trong chu kỳ 11 năm của nó, khiến đây trở thành thời điểm thích hợp để nghiên cứu các sự kiện hiếm hoi như Steve và hàng rào cọc.

Phân biệt “Steve” với cực quang thông thường

Nghiên cứu của Gaskey tập trung vào hành vi kỳ lạ của điện trường ở tầng trên bầu khí quyển. Nó gợi ý rằng những trường này, song song với từ trường Trái đất, có thể tạo ra quang phổ màu sắc quan sát được trong hiện tượng hàng rào cọc.

Giả thuyết này thách thức các mô hình hiện tại về tạo ra năng lượng và ánh sáng cực quang và có ý nghĩa quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về sự tương tác giữa từ quyển Trái đất và tầng điện ly.

Cực quang phổ biến là do gió mặt trời cung cấp năng lượng cho các hạt trong từ quyển Trái đất, khiến các phân tử oxy và nitơ ở tầng trên bầu khí quyển phát ra các tần số ánh sáng cụ thể.

Tuy nhiên, STEVE cho thấy một dải tần số rộng tập trung xung quanh màu đỏ tươi hoặc tím, không có ánh sáng xanh đặc trưng của các tương tác hạt năng lượng cao hơn trong cực quang. Điều thú vị là Steve và hàng rào cọc xuất hiện ở vĩ độ thấp hơn cực quang điển hình, thậm chí có thể gần xích đạo.

Điện trường song song đang diễn ra

Nghiên cứu của Gaskey thừa nhận rằng khí thải từ “hàng rào cọc” được tạo ra bởi điện trường ở độ cao thấp song song với từ trường Trái đất. Sử dụng một mô hình vật lý của tầng điện ly được chấp nhận rộng rãi, cô đã chứng minh rằng một điện trường song song khoảng 100 milivolt trên mét ở độ cao khoảng 110 km có thể tăng tốc các electron.

Gia tốc này đủ để kích hoạt các nguyên tử oxy và nitơ, dẫn đến phát thải khí Quang phổ ánh sáng Được quan sát thấy trong ánh hào quang của “Picket Fence” và “Steve’s”. Nó cũng xác định các điều kiện đặc biệt ở khu vực này, chẳng hạn như mật độ huyết tương thấp và sự hiện diện ngày càng tăng của các nguyên tử oxy và nitơ trung tính. Chúng có thể hoạt động như một chất cách điện, ngăn chặn điện trường gây đoản mạch.

Gaskey nói: “Nếu bạn nhìn vào phạm vi của hàng rào, nó xanh hơn rất nhiều so với những gì bạn mong đợi. Không có màu xanh lam nào xuất phát từ quá trình ion hóa nitơ. Điều này cho chúng ta biết rằng chỉ có một phạm vi năng lượng cụ thể của các electron có thể tạo ra những màu sắc đó.” “Nó không thể đến từ không gian vào khí quyển, bởi vì những hạt đó có quá nhiều năng lượng.”

Thay vào đó, cô nói: “Ánh sáng phát ra từ hàng rào cọc được tạo ra bởi các hạt phải được cung cấp năng lượng ngoài không gian bằng một điện trường song song, một cơ chế rất khác với bất kỳ cực quang nào mà chúng tôi đã nghiên cứu hoặc biết đến”. trước.”

Tìm kiếm Steve bằng tên lửa

Brian Hardingtrợ lý vật lý nghiên cứu tại SSL và đồng tác giả bài báo của Gaskey, nhấn mạnh tầm quan trọng của khám phá này.

“Điều thực sự thú vị về bài báo của Clare là chúng tôi đã biết trong vài năm rằng quang phổ của Steve cho chúng tôi biết rằng có một số hiện tượng vật lý rất kỳ lạ đang diễn ra. Chúng tôi không biết nó là gì,” Brian nói. “Nghiên cứu của Clare cho thấy điều đó.” điện trường song song có thể giải thích quang phổ kỳ lạ này.”

Nhóm nghiên cứu đề xuất phóng tên lửa từ Alaska để đo điện trường và từ trường bên trong những hiện tượng này, nhằm mục đích xác minh tính hợp lệ của các giả thuyết của họ. Nỗ lực này phù hợp với khả năng tiếp cận không gian với chi phí thấp của NASA (LCAS) Nó được kỳ vọng sẽ làm sâu sắc thêm sự hiểu biết của chúng ta về tính chất hóa học và vật lý của tầng khí quyển phía trên. Ban đầu, mục tiêu sẽ là thứ được gọi là cực quang nâng cao, là cực quang thông thường chứa khí thải giống như “Steve” và “hàng rào”.

“Cực quang được tăng cường về cơ bản là lớp sáng này được bao gồm trong cực quang bình thường. Màu sắc tương tự như hàng rào cọc ở chỗ không có nhiều màu xanh lam, có nhiều màu xanh lục hơn từ oxy và màu đỏ từ nitơ. Giả thuyết cho rằng những màu này cũng phát sinh từ ” Đường đi của các điện trường song song, nhưng chúng phổ biến hơn nhiều so với hàng rào cọc.”

Cô nói, kế hoạch không chỉ là “cho một tên lửa bay qua lớp tăng cường đó để thực sự đo các điện trường song song đó lần đầu tiên”, mà còn gửi một tên lửa thứ hai để đo các phân tử ở độ cao cao hơn, “để phân biệt giữa các điều kiện. ” “Một trong những thứ gây ra cực quang.” Cuối cùng, cô hy vọng có được một tên lửa bay thẳng qua Steve và hàng rào cọc.

Sự tò mò thúc đẩy cuộc tìm kiếm cực quang này, Steve.

Gaskey cho rằng thành công của cô là nhờ sự hợp tác với các chuyên gia nghiên cứu các tầng khí quyển khác nhau, bao gồm cả tầng trung lưu và tầng bình lưu. Cách tiếp cận đa ngành này đã mang lại tiến bộ đáng kể trong việc tìm hiểu sự khác biệt giữa cực quang và STEVE.

Harding, Gaske và các đồng nghiệp của họ đã đệ trình đề xuất lên NASA để khởi động một chiến dịch tên lửa vào mùa thu này, dự đoán sẽ có phản hồi về lựa chọn của họ vào nửa đầu năm 2024. Gaske và Harding coi thí nghiệm này là một bước quan trọng để tìm hiểu hóa học và vật lý của hành tinh. Tầng khí quyển phía trên, tầng điện ly và từ quyển của Trái Đất.

“Công bằng mà nói rằng trong tương lai sẽ có rất nhiều nghiên cứu về cách các điện trường đó hình thành, sóng nào có hoặc không liên quan đến chúng và điều đó có ý nghĩa gì đối với sự truyền năng lượng lớn hơn giữa bầu khí quyển và không gian của Trái đất, ”Harding nói. “Chúng tôi thực sự không biết. Bài báo của Clare là bước đầu tiên để hiểu được điều này.

Nhóm đang háo hức chờ đợi quyết định của NASA về chiến dịch tên lửa được đề xuất của họ, dự kiến ​​vào nửa đầu năm 2024.

Nói tóm lại, nghiên cứu do Claire Gaske dẫn đầu thể hiện một bước tiến then chốt trong vật lý vũ trụ. Gaskey nhấn mạnh bản chất khó nắm bắt của “Steve” và “hàng rào cọc” như một thứ gì đó khác với cực quang. Khi chu kỳ mặt trời tiến triển, những kết quả này hứa hẹn không chỉ làm sáng tỏ những bí ẩn của những hiện tượng này mà còn nâng cao hiểu biết rộng hơn của chúng ta về sự tương tác năng động giữa Trái đất và không gian.

Thông tin thêm về Bắc Cực Quang

Cực quang, thường được gọi là Cực quang và Cực quang, nổi bật như một màn trình diễn ánh sáng tự nhiên đầy mê hoặc trên bầu trời vùng cực của Trái đất. Nó xảy ra do sự tương tác tuyệt vời giữa bầu khí quyển Trái đất và gió mặt trời.

Như đã thảo luận chi tiết ở trên, các nhà khoa học tin rằng STEVE và hàng rào cọc được gây ra bởi các quá trình vật lý giống như cực quang. Tuy nhiên, niềm tin này đã để lại nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về nguồn gốc của lượng khí thải phát sáng độc đáo của chúng.

Xuất xứ: kết nối mặt trời

Mặt trời, nguồn năng lượng và các hạt, liên tục phát ra gió mặt trời, là những dòng hạt tích điện. Trong hành trình hướng tới Trái đất, những hạt này gặp phải từ trường Trái đất, từ trường này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cực quang.

Khi đến Trái đất, gió mặt trời bị ảnh hưởng bởi từ trường của nó. Từ trường của Trái đất, mở rộng ra không gian, hoạt động như một lá chắn và hướng các hạt này về phía các cực. Ở đây, các đường sức từ hướng dẫn các hạt tích điện này vào bầu khí quyển phía trên của Trái đất.

Trưng bày lá cờ của Steve và Bắc Cực Quang

Hiện tượng cực quang cơ bản xảy ra khi các hạt tích điện này, đặc biệt là các electron, va chạm với các loại khí như oxy và nitơ trong bầu khí quyển Trái đất. Sự va chạm này truyền năng lượng tới các phân tử khí, kích thích chúng và khiến chúng phát ra ánh sáng, đó là bản chất của hiện tượng cực quang.

Màu sắc cụ thể của cực quang và STEVE, trải dài từ xanh lục và đỏ đến xanh lam và tím, phụ thuộc vào loại khí liên quan và độ cao của các tương tác này.

Hoạt động của mặt trời ảnh hưởng lớn đến cường độ và tần suất xuất hiện cực quang. Trong thời kỳ mặt trời đạt cực đại, các tia sáng mặt trời tăng lên và sự phóng thích khối lượng của vành nhật hoa dẫn đến cực quang mạnh hơn và thường xuyên hơn. Ngược lại, mức tối thiểu của mặt trời dẫn đến hoạt động cực quang giảm.

Tầm quan trọng về văn hóa và lịch sử

Ngoài vẻ đẹp lộng lẫy về mặt hình ảnh, cực quang còn mang lại những hiểu biết có giá trị về động lực học của từ quyển Trái đất và sự tương tác của nó với bức xạ mặt trời. Nghiên cứu cực quang góp phần giúp chúng ta hiểu biết về cách từ trường Trái đất bảo vệ chúng ta khỏi khí thải mặt trời có hại.

Cực quang đã giữ một vị trí đặc biệt trong nhiều nền văn hóa khác nhau, truyền cảm hứng cho thần thoại và văn hóa dân gian. Từ việc là lá chắn của các chiến binh trong thần thoại Bắc Âu cho đến đại diện cho linh hồn tổ tiên trong tín ngưỡng bản địa, cực quang đã trở thành nguồn cảm hứng và điều kỳ diệu trong suốt lịch sử.

Nói tóm lại, cực quang, với vẻ đẹp lộng lẫy, không chỉ là một cảnh tượng thị giác. Đó là sự tương tác năng động giữa gió mặt trời và từ trường của hành tinh chúng ta, cung cấp cái nhìn sâu sắc về lá chắn bảo vệ của Trái đất và tiếp tục mê hoặc mọi người ở mọi nền văn hóa và thế hệ.

Nghiên cứu đầy đủ được công bố trên tạp chí Thư nghiên cứu địa vật lý.

—-

Giống như những gì tôi đọc? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi để nhận được các bài viết hấp dẫn, nội dung độc quyền và cập nhật mới nhất.

—-

Hãy ghé thăm chúng tôi tại EarthSnap, một ứng dụng miễn phí do Eric Ralls và Earth.com mang đến cho bạn.