Лилаво и зелено сияние в Делта Джънкшън, Аляска. Заснет на 10 април 2015 г. Кредит: НАСА / Себастиан Саарлос
Всеки денв северния и южния полюс на Земята, призрачните, танцуващи светлини на полярните сияния покриват небето в множество цветове—от неоново и зелено за грахова супа до меко и огнено червено. Шотландският поет Дейвид Ведърв средата на 1800 г описано полярното сияние като „буря от перли и диаманти“,докато изследователите на Антарктида от 19-ти век веднъж сравнени aurora australis до змия, „стреляща през полукълбото“.
На плазмения физик на НАСА и основател на проекта за гражданска наука Авроразавър , Лиз Макдоналд, полярното сияние е като „бляскава бомба“—клъстер от заредени частици, изтичащи от слънцето, които взаимодействат с магнитното поле на Земята. в скорошно интервю в Science Friday , тя обясни, че Земята седи в този постоянен поток от слънчев вятър, което кара нейното магнитно поле да се превърне в голям диполен магнит с формата на сълза с дълга опашка.
Кредит: Използва се с разрешението на Liz MacDonaldБлясъкът „изминава 93 милиона мили от слънцето във всички посоки и понякога удря Земята, където взаимодейства с областта на магнитното поле на Земята“, каза Макдоналд. „В крайна сметка тази енергия се освобождава в овална форма в регионите с висока географска ширина, където след това създава светлината на полярното сияние и цялата тази красота и динамика, които можете да видите.“
В красотата на полярното сияние се крият много научни мистерии, на които Макдоналд се надява да отговори.
Science Friday се свърза с Макдоналд, за да научи повече за авроралната физика, какво я е примамило да ги изучава, раждането на аналогията с „бляскавата бомба“ и как науката за гражданите и социалните медии могат да помогнат за разрешаването на някои от тези оставащи мистерии за красивите светлини .
Защо в крайна сметка изучавахте полярните сияния?
Като студент във Вашингтонския университет се страхувах от часа по физика. Но имах страхотен ментор ( Рут Скуг, учен в момента в Националната лаборатория в Лос Аламос )който изучаваше полярните сияния и ми отвори очите за изследване. Аврорите бяха красиви и сложни, а изследванията за тях бяха осезаеми и имаха практически приложения. Бях привлечен от полярните сияния поради всички тези причини. Моят ментор ме убеди да взема само още един час по физика и след това още един, и ето ме тук.
Защо някои сияния изглеждат като различни цветове?
The различни цветове са от различни видове сблъсъци, възникващи между заредени частици, падащи от космоса, и различни видове атоми, обкръжаващи горните слоеве на атмосферата. Някои полярни сияния имат повече от един цвят. Aurorasaurus има разнообразие от графики по този.
Зелено сияние се носи над ледените пътища извън Йелоунайф, Канада. Кредит: Използва се с разрешението на Liz MacDonald в скорошно интервю в Science Friday , вие описвате полярните сияния като блестящи бомби от „заредени частици, идващи от слънцето“. Какво искаш да кажеш с това?
Това е аналогия измислих да помогне да се опишат невидимите заредени частици в космическата среда—плазмата, която реагира на електрически и магнитни полета в космоса. Плазмата е невидима, заредена частица, която изпълва пространството и има всякакви сложни движения.
Пространството не е празно. Пълен е с плазма или магнетизиран блясък. Космосът е почти невидим, докато не сложите блестящите си очила и не навлезете в света на хелиофизиката (изследването на ефектите на слънцето върху слънчевата система). Има много различни видове и количества от блясък, предимно позитивен и негативен, които се движат с различна скорост.
Слънцето изстрелва този невидим слънчев блясък—понякога вятърът духа силно, понякога меко - следвайки магнетичната му пола на балерина. Сериозно, слънцето има пачка от блясък и се върти веднъж на всеки 27 дни. Можете да си представите невероятна магнитохидродинамична физика от това!
Горната атмосфера на Земята има собствен блясък, който се движи в голям въртящ се балон. Следователно магнитосферата е мястото, където слънчевият вятър блести и блясъкът на Земята танцувам , и именно този танц генерира своя собствена страхотна физика.
Можем да изучаваме всичко това стриктно, но може да загубим страхопочитание. Мисля, че представянето на плазмата като нещо по-познато, като блестяща бомба, може да помогне на учените да предадат някои от основните процеси. написах поредица от туитове за това и бих искал да напиша и детска книга.
Защо полярните сияния стават по-активни на всеки 11 години? И защо се виждат на по-южни ширини?
Полярните сияния стават по-активни на всеки 11 години защото магнитното поле на слънцето всъщност променя полярността на този каданс. Слънчевите изригвания и друга движеща активност на повърхността на слънцето варират в широки граници поради обръщането.
Текущият слънчев цикъл—първият, който се появява откакто съществуват социалните медии—достигна своя връх през 2014 г. Това е широк максимум на повишена активност, няколко години, когато полярните сияния се виждат по-далеч от полюсите по време на слънчеви бури.
Какво могат да кажат на учените полярните сияния за космическата среда и космическото време?
Полярните сияния са като телевизионен екран за това, което се случва в магнитното пространство около Земята. Те ни разказват за средата, в която живеят космически кораби, като геосинхронни телекомуникационни спътници, и как те се влияят от космическото време. Това е важно за здравето, цената и дълголетието на сателитите. Тъй като полярното сияние също е много широки листове или завеси от електрически ток, то може да наруши електрическите предавания в пространството на ниска земна орбита и на земята.
Огненото сияние на изцяло червено сияние, заснето в Индипендънс, Мисури през 2011 г. Кредит: НАСА/Тобиас Билингс Кои са някои от най-големите недоразумения относно полярните сияния?
Недоразумението номер едно без съмнение е, че полярните сияния се причиняват директно от частици от слънцето, навлизащи в земната атмосфера, като се игнорира ролята, която играят магнитосферата, защитният магнитен балон, в който живеем, и заредената горна атмосфера, известна като йоносфера в създаването на полярни сияния. Магнитосферата е изключително важна за обработката (или разделянето) на съхранението и освобождаването на енергия от слънцето.
Как могат да се харесат гражданските научни проекти Авроразавър по-добро разбиране на полярните сияния и пространството около Земята?
Авроралната наука е доста малка и млада област. Граждански учени може да допринесе до открития на някои редки аврорални явления, като тънката лилава дъга, открита в Алберта, Саскачеван, откривателите временно наречени Стив . Възможностите за наблюдение на полярните сияния със сателити са много оскъдни и нашите модели все още са много предварителни. Заедно гражданските учени могат да допълнят тези данни и да помогнат за изграждането на по-добри модели на аврорална активност за защита на космическото време.
Гражданските учени, които допринасят за Aurorasaurus, също могат да си помагат взаимно в реално време по целия свят, като докладват условия. Нашата платформа прави предупреждения, базирани на местоположението, въз основа на множество стабилни доклади на граждански учени, които след това могат да бъдат използвани за оценка какви са шансовете ви да видите полярно сияние във вашия район.
Какви други мистерии все още бихте искали да разрешите за полярните сияния?
Голямата е връзката между частиците, които измерваме от сателити на повече от 100 000 мили в магнитосферата, и частиците, които валят и управляват светлината на полярното сияние. Самите линии на полето се простират бързо и е много трудно да ги проследим, защото нямаме директни начини да направим тези връзки. Започваме да мислим за експерименти, които могат да направят това и вероятно да разрешат мистериите за това как магнитосферата и йоносферата са свързани.
Aurora australis танцува над Южния полюс. кредит: NOAA/Рос Бъргенер Кое е най-готиното (или най-запомнящото се) сияние, което сте виждали?
Съпругът ми и аз имахме удоволствието да бъдем изведени на преследване на полярни сияния с един любител астроном и невероятен фотограф на име Джеймс Пугсли в Йелоунайф, Канада. Той може да погледне небето и въз основа на много фини сигнали да разбере кога е добра идея да излезе от камиона и да се подготви за страхотно шоу. Като учен мога да разгледам данните и да се опитам да отгатна къде ще се появят. Но неговият метод поддържа пръстите на краката и батериите на камерата топли много по-дълго. „Всекидневното“ сияние, което се случва далеч на север, е грандиозно и си заслужава да бъде посетено, дори когато слънцето не е толкова активно.
Какво бихте искали хората да знаят за полярните сияния?
Това е трудно. Първо, бих искал хората да знаят, че могат да увеличат шансовете си да знаят кога полярното сияние може да бъде видимо, като проверят нашия проект и приложения и се регистрират за известия.
Второ, иска ми се хората да знаят, че това всъщност е област на науката. Това не е астрономия, тъй като ние изучаваме осезаеми процеси в близост до Земята в голямата естествена лаборатория на космоса. Освен това, съжалявам, мамо, това не е астрофизика, въпреки че звучи по-готино. Изучаването на полярното сияние е част от физиката на космическата плазма, наречена хелиофизика в НАСА.
Това интервю е редактирано за пространство и яснота.