Fizycy odkryli korelację między falami plazmowymi w ziemskiej magnetosferze a występowaniem zorzy polarnej. Naukowcy potwierdzili swoją hipotezę za pomocą obserwacji radarowych i satelitarnych, ujawniając związek między zwiększoną aktywnością elektrostatycznych fal harmonicznych cyklotronów w magnetosferze a pojawieniem się turbulencji plazmy o wielkości metra w dolnych warstwach jonosfery. Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Wiatr słoneczny powoduje różnorodne zaburzenia w atmosferze ziemskiej: duża ilość energii słonecznej generuje silne pola elektryczne w powietrzu, które z kolei powodują turbulencje plazmy. Te procesy magnetosferyczne wpływają na jonosferę poprzez dwa główne czynniki: po pierwsze, poprzez rozproszone elektrony, które tworzą quasi-stałe pole elektryczne, a po drugie, poprzez lokalną jonizację plazmy, która moduluje przewodnictwo ośrodka. Na przykład, niestabilność Farleya-Bunemana występuje, gdy względny dryf między silnie namagnesowanymi elektronami a rozmagnesowanymi jonami przekracza lokalną prędkość dźwięku jonowego.
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 zebrane od stycznia 2020 do czerwca 2023 roku przez japońskiego satelitę ARASE i kanadyjski detektor zorzy polarnej ICEBEAR. Naukowcy zidentyfikowali jedyne odpowiednie zjawisko 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 harmoniczne fale elektrostatyczne cyklotronów.
Fizycy zidentyfikowali warunki poprzedzające wykryte zdarzenie: dziewięciokrotny wzrost ciśnienia dynamicznego wiatru słonecznego spowodował silny impuls, który ścisnął ziemską magnetosferę. To z kolei wyzwoliło przepływ elektronów, który wytworzył silne pola elektryczne i gradient gęstości plazmy w wyniku jonizacji gazu. Co więcej, naukowcy zauważyli, że wykryta pulsująca zorza polarna zachowała charakterystykę czasową i przestrzenną zespołów oddziałujących fal i cząstek, które ją wygenerowały, a także wykazywała strukturę samopodobną w skali metrowej.
Autorzy badania podkreślili, że ich interpretacja wzrostu aktywności jonosferycznej powinna udoskonalić istniejące modele pogody kosmicznej, gdyż prognozy zdarzeń w niższych warstwach atmosfery mogą być dokładniejsze dzięki obserwacjom magnetosfery.
Wcześniej pisaliśmy o tym, jak blask Steve’a – różowofioletowe zjawisko podobne do zorzy polarnej – można wyjaśnić niezależnie od towarzyszącego mu „zielonego płotu”.
