Citizen science ontdekt een nieuwe vorm van het noorderlicht

[univers]

In samenwerking met ruimteonderzoekers hebben Finse amateurfotografen een nieuwe verschijningsvorm ontdekt. Dit fenomeen wordt door de hobbyisten 'duinen' genoemd en wordt verondersteld te worden veroorzaakt door golven van zuurstofatomen die gloeien door een stroom deeltjes die vrijkomen uit de zon.

In de recent gepubliceerde studie werd de oorsprong van de duinen getraceerd naar een golfgeleider gevormd binnen de mesosfeer en de grens, de mesopauze. De studie stelt ook dat deze nieuwe aurorale vorm onderzoekers een nieuwe manier biedt om de omstandigheden in de bovenste atmosfeer te onderzoeken.

De studie werd gepubliceerd in het eerste nummer van het high-impact tijdschrift AGU Advances .

Er verschijnt een onbekende vingerafdruk in de lucht



Minna Palmroth, hoogleraar Computationele ruimtefysica aan de Universiteit van Helsinki, leidt een onderzoeksgroep die 's werelds meest nauwkeurige simulatie ontwikkelt van de nabije aarde en ruimteweer die luchtemissies veroorzaken.

De zon laat een gestage stroom geladen deeltjes los, bekend als de zonnewind. Ze bereiken de geïoniseerde bovenste atmosfeer van de aarde, de ionosfeer, en creëren aurorale emissies door opwindende atmosferische zuurstof- en stikstofatomen. De excitatietoestand wordt vrijgegeven als auroraal licht.

Eind 2018 publiceerde Palmroth een boek met de titel 'Revontulibongarin opas' ('Een gids voor aurora borealis-watchers'). Het boek is ontstaan ​​uit de samenwerking van Palmroth met liefhebbers van Northern Lights en de antwoorden die ze gaf op vragen over de fysica van het fenomeen in de Facebook-groep van de hobbyisten.

Duizenden prachtige foto's van het noorderlicht, gemaakt door hobbyisten, werden onderzocht en gecategoriseerd voor het boek. Elke aurorale vorm is als een vingerafdruk, typisch alleen voor een bepaald fenomeen in de aurorale zone. Tijdens de classificatie wezen hobbyisten erop dat een bepaalde uitstraling niet in een van de reeds bestaande categorieën paste. Palmroth bewaarde deze ongebruikelijke vormen voor latere overweging.

Door een bijna ongelooflijk toeval, enkele dagen nadat het boek was gepubliceerd, zagen de hobbyisten deze ongebruikelijke vorm opnieuw en brachten Palmroth onmiddellijk op de hoogte. De vorm leek op een groen getint en zelfs golvenpatroon dat lijkt op een gestreepte sluier van wolken of duinen op een zandstrand.

"Een van de meest memorabele momenten van onze onderzoekssamenwerking was toen het fenomeen op dat specifieke moment verscheen en we het in realtime konden onderzoeken", zegt Northern Lights en astronomiehobbyist Matti Helin.

Golven nieuw onthuld door de aurora

Onderzoeken naar het fenomeen werden gestart, met observaties van hobbyisten en wetenschappelijke methoden om de golven te verklaren.

"Het leek op het samenstellen van een puzzel of het uitvoeren van speurwerk", zegt Helin. "Elke dag vonden we nieuwe afbeeldingen en kwamen we met nieuwe ideeën. Uiteindelijk kwamen we er wel achter ..."

Het fenomeen werd tegelijkertijd in zowel Laitila als Ruovesi, in het zuidwesten van Finland, gefotografeerd, met dezelfde details waargenomen in de stralingsemissie in beide afbeeldingen. Maxime Grandin, een postdoctoraal onderzoeker in het team van Palmroth, identificeerde sterren achter de emissie en bepaalde de azimuts en verhogingen van de sterren met behulp van het astronomie softwareprogramma Stellarium. Dit maakte het mogelijk om de sterren te gebruiken als referentiepunten bij het berekenen van de hoogte en de omvang van het fenomeen van de sterren.

Grandin ontdekte dat de aurorale duinen voorkomen op een relatief lage hoogte van 100 kilometer, in de bovenste delen van de mesosfeer. De golflengte van het golfveld werd gemeten op 45 kilometer.

Een totaal van zeven vergelijkbare gebeurtenissen - waarbij een camera hetzelfde gelijkmatige patroon van golven had geregistreerd - werden verder geïdentificeerd uit de 'Taivaanvahti' ('Sky Watch') service van de Finse Amateur Astronomer Association, Ursa.

Onontgonnen regio

Het deel van de aurorale zone waar de elektrisch neutrale atmosfeer van de aarde de rand van de ruimte ontmoet, is een uiterst uitdagende omgeving voor satellieten en andere instrumenten in de ruimte. Palmroth zegt dat dit de reden is waarom het een van de minst bestudeerde plaatsen op onze planeet is.

"Vanwege de moeilijkheden bij het meten van de atmosferische fenomenen die optreden tussen 80 en 120 kilometer in hoogte, noemen we dit gebied soms 'de onwetendheid'," zegt ze.

De duinen werden precies in dat specifieke gebied van de aurorale zone waargenomen. Het waargenomen fenomeen leidde de onderzoekers naar een middenweg tussen atmosferisch onderzoek en ruimteonderzoek, omdat de gebruikelijke methodologie van ruimtefysica dit niet alleen kon verklaren.

"De verschillen in helderheid binnen de duingolven kunnen te wijten zijn aan beide golven in de neerslaande deeltjes uit de ruimte, of in de onderliggende atmosferische zuurstofatomen," zegt Palmroth. "Uiteindelijk stelden we voor dat de duinen het gevolg zijn van een verhoogde zuurstofatoomdichtheid."

Vervolgens moest het team bepalen hoe de variabiliteit in de dichtheid van de zuurstofatomen veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven in de atmosfeer resulteert in zo'n gelijkmatig en wijdverbreid golvenveld. Normaal gesproken zijn er op de hoogte van de studie veel verschillende soorten zwaartekrachtsgolven die in verschillende richtingen op verschillende golflengten reizen, en daarom vormen ze niet gemakkelijk de even golfvelden die door de duinen worden getoond.

Het noorderlicht verlicht een vloedgat

De studie suggereert dat het fenomeen in kwestie een mesosferische boring is, een zeldzaam en weinig bestudeerd fenomeen dat zich in de mesosfeer afspeelt. Het getijdenverschijningsverschijnsel is een golf die veel rivieren gemeen hebben, waarbij het getij het rivierkanaal op stroomt.

Verschillende soorten zwaartekrachtgolven worden in de atmosfeer geboren en stijgen vervolgens op. In zeer zeldzame gevallen kunnen zwaartekrachtsgolven worden gefilterd als ze stijgen tussen de mesopauze en een inversielaag die intermitterend wordt gevormd onder de mesopauze. De inversielaag laat de gefilterde golven buigen en stelt hen in staat lange afstanden door het kanaal te reizen zonder verzwakking.

Wanneer de zuurstofatomen in de boring botsen met de elektronen die neerslaan op de atmosfeer, worden ze opgewonden. Wanneer ze deze opwinding vrijgeven, creëren ze het licht van de ogen. Daarom kunnen mesosferische boringen - een fenomeen dat tot nu toe als een zeer uitdagend onderwerp van onderzoek werd beschouwd - soms met het blote oog worden gezien.

Ruimteonderzoekers richten zich op de atmosfeer

Voorafgaand aan deze ontdekking werden mesosferische boringen niet waargenomen in de aurorale zone, noch zijn ze onderzocht via aurorale emissies.

"De aurorale zone als geheel wordt meestal verdisconteerd in studies gericht op de boring, aangezien aurorale emissies de techniek aantasten die wordt gebruikt om mesosferische boringen te identificeren," zegt Palmroth.

Van oudsher hebben onderzoekers die gespecialiseerd zijn in de atmosfeer en de ruimte grotendeels hun afzonderlijke onderwerpen afzonderlijk onderzocht. Dit komt omdat er slechts een handvol bekende mechanismen van interactie is tussen de ionosfeer die in de neerslaande elektronen baadt en de neutrale atmosfeer.

Met behulp van meetapparatuur van het Fins Meteorologisch Instituut bleken de duinen gelijktijdig en in hetzelfde gebied te zijn waar de elektromagnetische energie uit de ruimte wordt overgedragen naar de onwetendheid.

"Dit kan betekenen dat de energie die vanuit de ruimte naar de ionosfeer wordt overgebracht, kan worden gekoppeld aan het ontstaan ​​van de inversielaag in de mesosfeer", zegt Palmroth. "In termen van fysica zou dit een verbazingwekkende ontdekking zijn, omdat het een nieuw en voorheen niet waargenomen mechanisme van interactie tussen de ionosfeer en de atmosfeer zou vertegenwoordigen."

https://www.eurekalert.org/pub_releases ... 012720.php

[gusteman]