Egy fizikus elmagyarázza a csillogó tudományt az Aurorák mögött

Egy fizikus elmagyarázza a csillogó tudományt az Aurorák mögött

Lila és zöld aurora az alaszkai Delta Junctionben. Készült: 2015. április 10. Jóváírás: NASA / Sebastian Saarloos

Minden napa Föld északi és déli pólusán az aurorák kísérteties, táncoló fényei sokszínű színben borítják be az egeta neon- és borsóleves zöldtől a lágy és tüzes vörösig. David Vedder skót költőaz 1800-as évek közepén leírta az aurora borealis mint „gyöngyök és gyémántok vihara”,míg a 19. századi Antarktisz felfedezői egyszer összehasonlítva az aurora australis egy kígyóvá, amely „átlövi a féltekén”.



A NASA plazmafizikusának és a Citizen Science projekt alapítójának Aurorasaurus , Liz MacDonald, az aurora olyan, mint egy „csillogó bomba”a Napból áramló töltött részecskék halmaza, amely kölcsönhatásba lép a Föld mágneses mezőjével. Ban ben egy friss interjú a Science Friday-n , elmagyarázta, hogy a Föld ebben az állandó napszélben ül, aminek következtében a mágneses tere egy nagy, könnycsepp alakú, hosszú farokvégű dipólusmágnessé válik.

Jóváírás: Liz MacDonald engedélyével használva

A csillogás „93 millió mérföldet tesz ki a Naptól minden irányban, és néha eléri a Földet, ahol kölcsönhatásba lép a Föld mágneses mezőjével” – mondta MacDonald. 'Végül ez az energia ovális formában szabadul fel a magas szélességi körökben, ahol aztán megteremti az aurora fényét, és mindezt a szépséget és dinamikát, amit láthat.'

Az aurora szépségében számos tudományos rejtély rejlik, amelyekre MacDonald választ szeretne adni.

A Science Friday utolérte MacDonaldot, hogy többet megtudjon az aurális fizikáról, arról, hogy mi csábította tanulmányozására, a „csillámbomba” analógiájának megszületéséről, és arról, hogy az állampolgári tudomány és a közösségi média hogyan segíthet megoldani a gyönyörű fényekkel kapcsolatos rejtélyeket. .

Miért tanultad az aurórákat?
Egyetemistaként a Washingtoni Egyetemen rettegtem a fizikaórától. De volt egy mesés mentorom ( Ruth Skoug, jelenleg a Los Alamos National Laboratory tudósa )aki az aurórákat tanulmányozta és felnyitotta a szemem a kutatásra. Az aurórák szépek és összetettek voltak, a velük kapcsolatos kutatás kézzelfogható volt, és gyakorlati alkalmazásai is voltak. Mindezen okok miatt vonzottak az aurorák. A mentorom meggyőzött, hogy vegyek még egy fizikaórát, aztán még egyet, és itt vagyok.

Miért jelennek meg egyes sarkvidékek különböző színűek?
Az különböző színek Az űrből lezúduló töltött részecskék és a felső atmoszférába kerülő különböző típusú atomok közötti ütközések különböző típusaiból származnak. Egyes auróráknak egynél több színük van. Az Aurorasaurusnak van sokféle grafika ezen.

Zöld aurora lebeg a jeges utak felett a kanadai Yellowknife mellett. Jóváírás: Liz MacDonald engedélyével használva

Ban ben egy friss Science Friday interjú Ön úgy írja le az aurórákat, mint „a napból érkező töltött részecskékből álló csillogó bombákat”. Mit értesz ez alatt?
Ez egy analógia kitaláltam hogy segítsen leírni a térkörnyezet láthatatlan töltött részecskéita plazma, amely reagál az elektromos és mágneses mezőkre a térben. A plazma láthatatlan, töltött részecskék, amelyek kitöltik a teret, és mindenféle bonyolult mozgással rendelkeznek.

A hely nem üres. Tele van plazmával vagy mágnesezett csillámmal. A világűr többnyire láthatatlan, amíg fel nem veszi a csillogó szemüveget, és belép a heliofizika világába (a Nap Naprendszerre gyakorolt ​​hatásainak tanulmányozása). Sokan vannak különböző típusok és mennyiségek csillogás, főleg pozitív és negatív, amelyek különböző sebességgel haladnak.

A nap kilövi ezt a láthatatlan napfénytnéha erősen fúj a szél, néha lágyan – a mágneses balerinaszoknyát követve. Komolyan, a napnak van egy tuti csillogása, és 27 naponként egyszer körbeforog. Elképzelhetsz ebből valami mesés magnetohidrodinamikai fizikát!

A Föld felső légkörének saját csillogása van, amely egy nagy, örvénylő buborékban mozog. Ezért a magnetoszféra az, ahol a napszél és a Föld csillog tánc , és ez a tánc az, ami létrehozza a maga mesés fizikáját.

Mindezt szigorúan tanulmányozhatjuk, de elveszíthetjük a félelmet. Azt hiszem, ha a plazmát valami ismerősebb dolognak képzeljük el, például egy csillogó bombát, az segíthet a tudósoknak kommunikálni néhány fő folyamatot. írtam tweetek sorozata erről, és szívesen írnék gyerekkönyvet is.

Miért válnak aktívabbá az aurorák 11 évente? És miért látják őket több déli szélességi körön?
Az aurórák 11 évente aktívabbá válnak, mivel a nap mágneses tere valóban megfordítja a polaritást ezen a ritmuson. A napkitörések és egyéb mozgatótevékenységek a Nap felszínén a csapás miatt nagy eltéréseket mutatnak.

A jelenlegi napcikluselőször fordult elő a közösségi média létezése óta2014-ben érte el a csúcsot. Ez a több évre kiterjedő, megnövekedett aktivitás maximuma, ahol az aurora a pólusoktól távolabb is látható a napenergia által kiváltott viharok idején.

Mit üzenhetnek az égboltok a tudósoknak az űrkörnyezetről és az űridőjárásról?
Az Aurorák olyanok, mint egy televízió képernyője, amelyen bemutatja, mi történik a Föld körüli mágneses térben. Mesélnek nekünk arról a környezetről, ahol az űrhajók, például a geoszinkron távközlési műholdak élnek, és arról, hogy az űridőjárás hogyan befolyásolja őket. Ez fontos a műholdak egészsége, költsége és élettartama szempontjából. Mivel az auróra is sok széles elektromos áramréteg vagy függöny, megzavarhatja az elektromos átvitelt az alacsony földpályán és a földön.

A Missouri állambeli Independence városában 2011-ben elfogott, csupa vörös aurora tüzes fénye. NASA/Tobias Billings

Melyek a legnagyobb félreértések az aurórákkal kapcsolatban?
Az első számú félreértés kétségtelenül az, hogy az aurórákat közvetlenül a Napból a Föld légkörébe jutó részecskék okozzák, figyelmen kívül hagyva a magnetoszféra, a védő mágneses buborék, amelyben élünk, és a feltöltött felső légkör, az ionoszféra szerepét. az aurorák létrehozásában. A magnetoszféra rendkívül fontos az energiatárolás és a napból való kibocsátás feldolgozásához (vagy felosztásához).

Hogyan tetszenek az állampolgári tudományos projektek Aurorasaurus jobban megértjük az aurórákat és a Föld körüli teret?
Az auroral tudomány elég kicsi és fiatal terület. Polgár tudósok hozzájárulhat néhány ritka aurális jelenség felfedezésére, mint például a saskatchewani Albertában talált vékony, lila ívre, a megtalálókat ideiglenesen ún. Steve . Nagyon ritkák a lehetőségek az aurórák műholdakkal történő megfigyelésére, és modelljeink még nagyon előzetesek. Az állampolgári tudósok együtt kiegészíthetik ezeket az adatokat, és segíthetnek jobb modellek felépítésében az égbolt-tevékenységről az űridőjárás elleni védekezés érdekében.

Az Aurorasaurushoz hozzájáruló állampolgári tudósok valós időben segíthetik egymást szerte a világon a körülmények jelentésével. Platformunk helyalapú riasztásokat küld több, megbízható állampolgári tudósi jelentés alapján, amelyeket aztán felhasználhatunk annak értékelésére, hogy mekkora az esélye annak, hogy aurórát lát a környéken.

Milyen rejtélyeket szeretne még megfejteni az aurórákkal kapcsolatban?
A legnagyobb az a kapcsolat a részecskék között, amelyeket több mint 100 000 mérföldre a magnetoszférában lévő műholdakról mérünk, és az eső részecskéi között, amelyek az aurora fényét irányítják. Maguk a mezővonalak gyorsan nyúlnak, és nagyon nehéz nyomon követni őket, mert nincs közvetlen módunk ezeknek a kapcsolatoknak a létrehozására. Kezdünk azonban olyan kísérleteken gondolkodni, amelyek képesek erre, és esetleg megfejtik a magnetoszféra és az ionoszféra kapcsolatának rejtélyeit.

Aurora australis táncol a Déli-sarkon. Hitel: NOAA/Ross Burgener

Melyik a legmenőbb (vagy legemlékezetesebb) aurora, amit láttál?
A férjem és én abban az örömben volt részünk, hogy egy amatőr csillagász és mesés fotós társaságában elvittek minket aurora kergetőzni. James Pugsley Yellowknife-ben, Kanadában. Fel tud nézni az égre, és nagyon finom jelzések alapján tudja, mikor érdemes kiszállni a teherautóból és felkészülni egy nagyszerű műsorra. Tudósként megnézhetem az adatokat, és megpróbálhatom kitalálni, hol fognak megjelenni. De módszere sokkal tovább melegen tartja a lábujjakat és a fényképezőgép akkumulátorait. A messze északon előforduló „mindennapi” aurora látványos és érdemes meglátogatni, még akkor is, ha a nap nem olyan aktív.

Mit szeretnél, ha az emberek tudnának az aurórákról?
Ez kemény. Először is szeretném, ha az emberek tudnák, hogy növelhetik esélyeiket annak megtudására, hogy mikor lehet látható az aurora, ha megnézik projektünket és alkalmazásainkat, és feliratkoznak a figyelmeztetésekre.

Másodszor, szeretném, ha az emberek tudnák, hogy ez valójában egy tudományterület. Ez nem csillagászat, mivel kézzelfogható földközeli folyamatokat tanulmányozunk az űr nagy természetes laboratóriumában. Továbbá, elnézést, anya, ez nem asztrofizika, bár ez menőbben hangzik. Az aurora tanulmányozása a NASA heliofizikának nevezett űrplazmafizika része.

Ezt az interjút a tér és az érthetőség kedvéért szerkesztettük.