Fizycy dostrzegli związek między falami plazmowymi w ziemskiej magnetosferze a pojawieniem się zorzy polarnej. Naukowcy potwierdzili swoje przypuszczenie za pomocą obserwacji radarowych i satelitarnych, stwierdzając związek między zwiększoną aktywnością elektrostatycznych fal harmonicznych cyklotronów w magnetosferze a pojawieniem się turbulencji plazmy rzędu metra w dolnych warstwach jonosfery. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Wiatr słoneczny powoduje zaburzenia o zupełnie innym charakterze w atmosferze ziemskiej: ze względu na dużą ilość energii otrzymywanej ze Słońca, w przestrzeni powietrznej powstają silne pola elektryczne, które z kolei wywołują turbulencje plazmy. Podobne procesy magnetosferyczne wpływają na jonosferę z dwóch głównych powodów: po pierwsze, za pomocą rozproszonych elektronów, które tworzą quasi-stałe pole elektryczne, a po drugie, z powodu lokalnej jonizacji plazmy, która moduluje przewodnictwo ośrodka. Na przykład niestabilność Farli-Bunemanna pojawia się, gdy względny dryft między silnie namagnesowanymi elektronami a rozmagnesowanymi jonami przekracza lokalną prędkość jonowo-dźwiękową.
Magnus Ivarsen z Uniwersytetu w Oslo wraz ze swoimi kolegami z Wielkiej Brytanii, Kanady, Norwegii, Korei Południowej i Japonii zasugerował, że turbulentna struktura pól elektrycznych w dolnych warstwach jonosfery jest spowodowana interakcją fal i cząstek w tzw. rozproszonej zorzy polarnej, czyli aktywnością fal magnetosferycznych.
Aby przetestować swoją hipotezę, fizycy przeanalizowali dane uzyskane od stycznia 2020 do czerwca 2023 roku za pomocą japońskiego satelity ARASE i kanadyjskiego detektora zórz polarnych ICEBEAR. Naukowcy odkryli jedyne zjawisko odpowiednie w tym okresie – rozproszoną zorzę pulsującą, która pojawiła się 12 maja 2021 roku, i przeanalizowali widmo mocy jej pola elektrycznego w zakresie częstotliwości od 0,1 do 20 kiloherców – w zakresie, w którym najczęściej występują elektrostatyczne fale harmoniczne cyklotronów.
Fizycy sformułowali warunki poprzedzające odkryte zjawisko: w wyniku dziewięciokrotnego wzrostu ciśnienia dynamicznego wiatru słonecznego, silny impuls ścisnął ziemską magnetosferę. To z kolei zainicjowało przepływ elektronów, który wytworzył silne pola elektryczne i gradient gęstości plazmy z powodu jonizacji gazu. Ponadto naukowcy zauważyli, że wykryta pulsująca zorza polarna zachowała czasowe i przestrzenne charakterystyki zespołów oddziałujących fal i cząstek, które ją wygenerowały, a także wykazywała samopodobną strukturę w skali do metra.
Autorzy artykułu podkreślili, że ich interpretacja wyjaśniająca wzrost aktywności jonosferycznej powinna ulepszyć istniejące modele pogody kosmicznej. Prognozowanie zjawisk w dolnych warstwach atmosfery może być bowiem dokładniejsze dzięki obserwacjom magnetosfery.
Pisaliśmy wcześniej o tym, jak blask zorzy polarnej, podobny do zorzy polarnej, objawiał się różowo-fioletowym kolorem, niezależnie od towarzyszącego mu „zielonego płotu”.
