Staðfest hefur verið að risastóri samræmdu norðurljósin sem sést frá jörðu á jólanótt 2022 sé norðurljós. Þetta var fyrsta athugun á jörðu niðri á norðurljósaregninu. Ólíkt dæmigerðum norðurljósum sem knúin eru áfram af rafeindum sem geymdar eru í segulhala segulhvolfs jarðar, myndast skautregn norðurljósa af rafeindum sem ferðast beint frá sólkórónu til pólsvæða jarðar eftir opnum segulsviðslínum til að ná hámarki í „pólum“ rain“ rafeindaúrkomu sem veldur sjónrænni losun við víxlverkun við súrefnis- og köfnunarefnisatóm í andrúmsloftinu.
Saga norðurljósa, litríku töfrandi ljósasýningarnar (kölluð norðurljós eða norðurljós á norðurpólssvæðinu og suðurljós eða norðurljós á suðurpólssvæðinu) byrjar í kórónulagi sólarlofthjúpsins. Hitastig þessa sólarloftslags er mjög hátt. Á meðan hitastigið á ljóshvolfslag (sem er meðhöndlað sem yfirborð sólarinnar vegna þess að þetta er það sem við getum fylgst með með ljósi) er um 6000 Kelvin, meðalhiti kórónu er á bilinu 1 til 2 milljónir Kelvin vegna 'Coronal Heating Paradox'. Svo hár hiti gerir kórónu að lagi af ofhitnuðu plasma. Sólvindur sem samanstendur af mjög orkumiklum rafhlöðnum ögnum (eins og rafeindum, róteindum, alfaögnum og þungum jónum) streymir stöðugt frá kórónulaginu í allar áttir, þar með talið í átt að jörðinni.
Ferðalag orkuhlaðna agnanna út á við frá sól til jarðar er ekki einföld og auðveld. Venjulega beygjast jónuðu agnirnar af segulsviði jarðar (segulhvolf) þannig að lífsform og rafkerfi jarðar verða óbreytt frá skaðlegum áhrifum sólvindsins.
Hins vegar, ef um er að ræða gríðarlegt útkast hlaðna agna frá sólu eins og í tilfelli Coronal Mass Ejection (CME), verður segulhvolf jarðar yfirgnæfandi og segulstormur verður til. Stormurinn leggur áherslu á segulhvolfið þar til það smellur aftur og kastar nokkrum af hleðsluögnunum í átt að jörðinni.
Samdráttarband segulsviðsins dregur rafeindirnar í sólvindinum niður á pólsvæði þar sem norðurljós sjást í 100-300 km hæð yfir yfirborðinu í efri lofthjúpnum. Framlag róteinda og annarra jóna í sólvindinum við myndun norðurljósa er hverfandi.
Aurora er í grundvallaratriðum ljóslosun frá súrefnis- og köfnunarefnisatómum sem örvaðar eru af orkuríkum rafeindum sem falla út frá segulhvolfinu meðfram lokuðum segulsviðslínum jarðar (orku rafeindaúrkoma eða EEP vísar til útfellingar orku rafeinda út í andrúmsloftið). Samspil orkumikilla rafeinda við súrefni í andrúmsloftinu er ábyrgt fyrir grænum og rauðum litum en samskipti við köfnunarefni leiða til framleiðslu á bláum og djúprauðum litbrigðum.
Þannig er myndun norðurljósa knúin áfram af innfallsrafeindum sem geymdar eru í segulhalanum (svæði segulhvolfs jarðar sem sópast af sólvindinum inn í stóran hala í átt frá sólinni). Rafeindirnar sem geymdar eru í segulhvolfinu fá orku með sólvindskrafti og falla síðan út í andrúmsloftið í sprengingum á pólsvæðunum og mynda norðurljós.
Polar Rain Aurora
Hins vegar, sjaldan, myndast norðurljós af rafeindum sem ferðast beint frá sólkórónu til pólsvæða jarðar eftir opnum segulsviðslínum til að ná hámarki í „skautregn“ rafeindaúrkomu. Slík rafeindaúrkoma er mikil þegar þéttleiki sólvindsins er lítill. Ljósgeislunin af völdum slíkra rafeinda er veik og norðurljósin sem myndast kallast „pólregn norðurljós“.
Gervihnettir hafa stöku sinnum fylgst með norðurljósum úr geimnum. Hins vegar fannst aldrei neitt tilfelli af aðstöðu á jörðu niðri.
Þann 25th-26th Desember 2022 var óvenjuleg norðurljós tekin af myndavélum á jörðu niðri á norðurskautssvæðinu þegar sólvindurinn var næstum horfinn. Norðurljósið sem sást var einsleitt og risastórt að stærð. Það leit ekki út eins og dæmigerð norðurljós. Dæmigert norðurljós er litrík töfrandi ljósasýning sem sýnir kraftmikið mynstur regnbogalíkra ljósa. Það getur birst sem gardínur, geislar, spíralar eða sem breytileg flökt. Theta norðurljós lítur út eins og grískur bókstafur theta (sporöskjulaga með línu sem fer í gegnum miðjuna) þegar gervihnöttum er fylgst með honum að ofan. Theta aurorae eru einnig nefndir „transpolar arcs“ vegna útlits stórra boga þegar þeir eru séðir ofan frá. 'Sólarjafnaðir bogar.' eru litlir og daufir norðurljósabogar sem sjást hafa frá stjörnustöðvum á jörðu niðri. Einn endi boganna beinist að sólinni og er því kallaður 'Sólarjafnaðir bogar.
Norðurljósin sem sáust á jólanótt árið 2022 var slétt, dreifð og risastór að stærð. Það leit ekki út eins og dæmigerð norðurljós, þess vegna var talið að það væri norðurljós. Til að staðfesta þetta rannsökuðu vísindamenn þetta með því að nota gervihnatta- og jarðbundin gögn.
Gervihnattamyndirnar sýndu að heimskautasvæðið var algjörlega tómt í upphafi. Skauthettan byrjaði að fyllast af daufu dreifðu norðurljósi 25th desember. Í kjölfarið varð næstum allt heimskautasvæðið fljótlega þakið mikilli en minna skipulagðri losun. Þessi stórfellda fylling skauthettunnar með dreifðum norðurljósum hélt áfram í um 28 klukkustundir. Mikil losun innan heimskautsins byrjaði að dofna morguninn 26th desember og innan nokkurra klukkustunda var bygging norðurljósa komin í eðlilega dreifingu og skauthettan var aftur tóm.
Pólarregn rafeindaúrkoma á sér yfirleitt aðeins stað á einu heilahveli eftir stefnu millireikistans segulsviðs (IMF). Samtímis gervihnattamyndir sýndu fulla fyllingu af heimskautshettunni á norðurhveli jarðar á meðan skauthettan á suðurhveli var tóm. Þetta kom fram ósamhverfu milli heilahvela og væntanleg stefnumörkun Alþjóðagjaldeyrissjóðsins benti eindregið til þess að norðurljósin í stórum stíl sem greindust inni í pólhettunni á norðurhveli jarðar væri norðurljós í pólregninu. Ósamhverfa milli heilahvela sást einnig í rafeindagögnum. Einnig var fylgnin milli tímasetningar sólvindsins hvarf og fyllingar pólhettunnar mjög góð.
Sjónmælingar frá jarðstöð í bænum Longyearbyen í Artic 25th -26th Desember sýndi að háorku rafeindir (>1 keV) mynduðu aðalþátt rafeindaúrkomu. Einnig sást innstreymi háorku rafeinda frá gervihnöttnum. Fyrir vikið sást norðurljós frá jörðu sem skærgrænleit útblástur.
Í fyrri rannsókn var sýnt fram á að norðurskautsregnið hreyfist gegn sólinni með 150 metrum/sek. Þegar um var að ræða óhefðbundna norðurljósa sem sáust á jólanóttina 2022, benti greining á ljósfræðilegum þversniðsgögnum til þess að norðurljósin breiddist út í stefnu gegn sólarljósi, en norðurljósahraði séð frá jörðu var tvisvar til þrisvar sinnum meiri.
Þannig var risastóri samræmda norðurljósin sem var sýnileg frá jörðu á jólanóttinni árið 2022 af pólregn norðurljós. Þetta var fyrsta athugun á jörðu niðri á norðurljósum í pólregninu, einstakur þáttur í flóknu sambandi sólar og jarðar.
***
Tilvísanir:
- Hosokawa, K. et al 2024. Einstaklega risastór norðurljós í heimskautinu á degi þegar sólvindurinn hvarf nánast. VÍSINDA FRAMFRAMKIR. 21. júní 2024. 10. bindi, 25. tölublað. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Fæst kl https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
