Patvirtinta, kad 2022 m. Kalėdų naktį nuo žemės matoma milžiniška vienoda aurora yra poliarinio lietaus pašvaistė. Tai buvo pirmasis antžeminis poliarinio lietaus auroros stebėjimas. Skirtingai nuo įprastų pašvaistės, kurias varo krentantys elektronai, saugomi Žemės magnetosferos magnetosferos magnetosferos uodegoje, poliarinė lietaus pašvaistė susidaro elektronams, tiesiai iš Saulės vainiko į poliarinius žemės regionus keliaujant atviromis magnetinio lauko linijomis, kad baigtųsi „poliariniu“ lietus“ elektronų krituliai, kurie sukelia optines emisijas sąveikaujant su deguonies ir azoto atomais atmosferoje.
Aurora istorija, spalvingi akinantys šviesos šou (vadinami Šiaurės pašvaistėmis arba Aurora borealis šiaurės ašigalio regione ir Southern Lights arba Aurora Australis pietų ašigalio regione) prasideda vainikiniame saulės atmosferos sluoksnyje. Šio saulės atmosferos sluoksnio temperatūra yra itin aukšta. Nors temperatūra fotosferos sluoksnis (kuris traktuojamas kaip saulės paviršius, nes būtent tai galime stebėti su šviesa) yra apie 6000 kelvinų, vidutinė vainiko temperatūra yra nuo 1 iki 2 milijonų kelvinų dėl „koroninio šildymo paradokso“. Tokia aukšta temperatūra paverčia koroną perkaitintos plazmos sluoksniu. Saulės vėjas, sudarytas iš labai energingų elektriškai įkrautų dalelių (pvz., elektronų, protonų, alfa dalelių ir sunkiųjų jonų), nuolat sklinda iš vainikinio sluoksnio visomis kryptimis, įskaitant ir Žemės kryptimi.
Energingai įkrautų dalelių kelionė iš saulės į žemę nėra paprasta ir nesudėtinga. Paprastai jonizuotas daleles nukreipia žemės magnetinis laukas (magnetosfera), todėl gyvybės formos ir elektros sistemos žemėje lieka nepaveiktos žalingo saulės vėjo poveikio.
Tačiau, masiškai išstūmus įkrautas daleles iš saulės, kaip Koronalinės masės išmetimo (CME) atveju, žemės magnetosfera perpildoma ir kyla magnetinė audra. Audra įtempia magnetosferą tol, kol ji atsitraukia ir nukreipia kai kurias įkrautas daleles į Žemę.
Atitraukianti magnetinio lauko juosta tempia saulės vėjo elektronus žemyn į poliarinius regionus, kur auroros stebimos 100–300 km virš paviršiaus viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Protonų ir kitų jonų indėlis į saulės vėją formuojantis aurorai yra nereikšmingas.
Aurora iš esmės yra optinė emisija iš deguonies ir azoto atomų, kuriuos sužadina energingi elektronai, nusodinami iš magnetosferos palei uždaras žemės magnetinio lauko linijas (energetinis elektronų nusodinimas arba EEP reiškia elektronų energijos nusėdimą atmosferoje). Energingų elektronų sąveika su deguonimi atmosferoje lemia žalią ir raudoną spalvas, o sąveika su azotu lemia mėlynų ir sodriai raudonų atspalvių susidarymą.
Taigi, pašvaistės formavimąsi skatina krentantys elektronai, saugomi magnetouodegėje (žemės magnetosferos sritis, kurią saulės vėjas nuneša į didžiulę uodegą toli nuo saulės). Magnetosferoje saugomi elektronai gauna energiją veikiant saulės vėjo jėgai, o po to poliariniuose regionuose nusėda į atmosferą, kad susidarytų aurora.
Poliarinis lietus Aurora
Tačiau retai auroras susidaro elektronams, keliaujantiems tiesiai iš Saulės vainiko į poliarinius žemės regionus palei atviras magnetinio lauko linijas, kad kulminacija būtų „poliarinio lietaus“ elektronų krituliai. Nustatyta, kad toks elektronų nusodinimas yra intensyvus, kai saulės vėjo tankis mažas. Tokių elektronų sukeliama optinė spinduliuotė yra silpna, o susidariusi pašvaistė vadinama „poliarinio lietaus aurora“.
Palydovai keletą kartų stebėjo poliarinio lietaus auroras iš kosmoso. Tačiau antžeminiai įrenginiai niekada neaptiko nė vieno atvejo.
25 dienąth-26th 2022 m. gruodį netipinė aurora buvo užfiksuota antžeminėmis kameromis Arkties regione, kai saulės vėjas beveik išnyko. Stebėta aurora buvo vienoda ir milžiniško dydžio. Tai neatrodė kaip tipiška aurora. Tipiška poliarinės kepurės aurora yra spalvingas akinantis šviesos šou, kuriame rodomas dinamiškas vaivorykštę primenančių šviesų raštas. Jis gali pasirodyti kaip užuolaidos, spinduliai, spiralės arba kintantys mirgėjimai. Teta aurora atrodo kaip graikiška raidė teta (ovalas su linija, kertančia centrą), kai stebima iš viršaus palydovais. Teta aurorae taip pat vadinama „transpoliariniai lankai“ dėl didelio masto lankų, žiūrint iš viršaus. 'Saulės išlyginti lankai.' yra maži ir blankūs aurorų lankai, stebimi iš antžeminių observatorijų. Vienas lankų galas nukreiptas į Saulę, todėl vadinamas "Saulės išlyginti lankai".
2022 m. Kalėdų naktį pastebėta aurora buvo lygi, išsklaidyta ir milžiniško dydžio. Tai neatrodė kaip tipiška aurora, todėl buvo manoma, kad tai poliarinio lietaus pašvaistė. Norėdami tai patvirtinti, mokslininkai tai ištyrė naudodami palydovinius ir antžeminius duomenis.
Palydovinės nuotraukos parodė, kad poliarinės dangtelio sritis iš pradžių buvo visiškai tuščia. 25 d. poliarinis dangtelis pradėjo pildytis silpna difuzine aurorath gruodį. Vėliau beveik visas poliarinės kepurės regionas netrukus buvo padengtas intensyvių, bet mažiau struktūrizuotų emisijų. Šis didelio masto poliarinio dangtelio užpildymas difuzinėmis auroramis tęsėsi apie 28 valandas. Intensyvi emisija poliarinio dangtelio viduje pradėjo blėsti 26 dth gruodį ir per kelias valandas pašvaistės struktūra grįžo į normalų pasiskirstymą, o poliarinis dangtelis vėl buvo tuščias.
Poliarinio lietaus elektronų nusodinimas paprastai vyksta tik viename pusrutulyje, priklausomai nuo tarpplanetinio magnetinio lauko (TVF) orientacijos. Vienalaikiai palydoviniai vaizdai parodė, kad Šiaurės pusrutulio poliarinis dangtelis buvo visiškai užpildytas, o Pietų pusrutulio poliarinis dangtelis buvo tuščias. Ši pastebėta tarppusrutulio asimetrija ir numatoma TVF orientacija tvirtai rodo, kad didelio masto aurora, aptikta Šiaurės pusrutulio poliarinio dangtelio viduje, buvo poliarinė lietaus aurora. Interhemisferinė asimetrija taip pat buvo pastebėta elektronų duomenyse. Be to, koreliacija tarp saulės vėjo išnykimo ir poliarinio dangtelio užpildymo laiko buvo labai gera.
Optiniai matavimai iš antžeminio įrenginio Artic mieste Longyearbyen 25 dth -26th Gruodžio mėn. parodė, kad didelės energijos elektronai (>1 keV) sudarė pirminį elektronų nusodinimo komponentą. Palydovas taip pat pastebėjo didelės energijos elektronų antplūdį. Dėl to aurora buvo matoma nuo žemės kaip ryškiai žalsvos spalvos emisijos.
Ankstesniame tyrime buvo įrodyta, kad poliarinio lietaus aurora juda prieš saulę 150 metrų per sekundę greičiu. 2022 m. Kalėdų naktį pastebėtos netipinės pašvaistės atveju, skerspjūvio optinių duomenų analizė parodė, kad pašvaistė sklinda prieš saulę, tačiau auroros greitis, žiūrint nuo žemės, buvo du ar tris kartus didesnis.
Taigi 2022-ųjų Kalėdų naktį nuo žemės matoma milžiniška vienoda pašvaistė buvo poliarinė lietaus pašvaistė. Tai buvo pirmasis antžeminis poliarinio lietaus auroros stebėjimas, unikalus sudėtingo Saulės ir Žemės ryšio aspektas.
***
Nuorodos:
- Hosokawa, K. et al 2024. Išskirtinai gigantiška aurora poliarinėje kepurėje dieną, kai saulės vėjas beveik išnyko. MOKSLO PAžanga. 21 m. birželio 2024 d. 10 tomas, 25 leidimas. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Galimas adresu https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
