Fizycy dostrzegli związek między falami plazmowymi w ziemskiej magnetosferze a występowaniem zorzy polarnej. Naukowcy potwierdzili swoje przypuszczenia, wykorzystując obserwacje radarowe i satelitarne, i odkryli związek między zwiększoną aktywnością elektrostatycznych fal harmonicznych cyklotronowych w magnetosferze a pojawieniem się turbulencji plazmy o skali metrowej w niższych warstwach jonosfery. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters.
Wiatr słoneczny wywołuje w atmosferze Ziemi zaburzenia o zupełnie innym charakterze: na skutek dużej ilości energii otrzymywanej ze Słońca w przestrzeni powietrznej powstają silne pola elektryczne, które z kolei powodują turbulencje plazmy. Podobne procesy magnetosferyczne oddziałują na jonosferę ze względu na dwa główne czynniki: po pierwsze, za sprawą rozproszonych elektronów, które tworzą quasi-stałe pole elektryczne, a po drugie, na skutek lokalnej jonizacji plazmy, która moduluje przewodnictwo ośrodka. Na przykład niestabilność Farli-Bunemanna pojawia się, gdy względny dryf między silnie namagnesowanymi elektronami i 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 oddziaływaniem fal i cząstek w tzw. rozproszonej zorzy polarnej, czyli aktywnością fal magnetosferycznych.
Aby przetestować swoją hipotezę, fizycy przeanalizowali dane uzyskane od stycznia 2020 r. do czerwca 2023 r. za pomocą japońskiego satelity ARASE i kanadyjskiego detektora zorzy polarnej ICEBEAR. Naukowcy odkryli jedyne odpowiednie zjawisko w tym okresie – rozproszoną pulsującą zorzę polarną, która pojawiła się 12 maja 2021 r., i przeanalizowali widmo mocy jej pola elektrycznego w zakresie częstotliwości od 0,1 do 20 kiloherców – zakresie, w którym najczęściej występują harmoniczne fale elektrostatyczne cyklotronowe.
Fizycy sformułowali warunki, które poprzedziły odkryte zdarzenie: na skutek dziewięciokrotnego wzrostu ciśnienia dynamicznego wiatru słonecznego, silny impuls ścisnął ziemską magnetosferę. Zainicjowało to przepływ elektronów, który wytworzył silne pola elektryczne i gradient gęstości plazmy na skutek jonizacji gazu. Naukowcy zauważyli ponadto, że wykryta pulsująca zorza polarna zachowała czasowe i przestrzenne charakterystyki zespołów oddziałujących na siebie fal i cząstek, które ją wygenerowały, a także wykazywała strukturę podobną do siebie w skali rzędu metra.
Autorzy artykułu podkreślili, że ich interpretacja wyjaśniająca wzrost aktywności jonosferycznej powinna udoskonalić istniejące modele pogody kosmicznej. Ponieważ prognozowanie zjawisk zachodzących w niższych warstwach atmosfery może stać się 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”.