Fizycy dostrzegli związek między falami plazmy w ziemskiej magnetosferze a pojawieniem się zorzy polarnej. Naukowcy potwierdzili swoje przypuszczenie, wykorzystując obserwacje radarowe i satelitarne, i odkryli związek między zwiększoną aktywnością elektrostatycznych fal harmonicznych cyklotronów w magnetosferze a pojawieniem się turbulencji plazmy w skali metra w dolnych warstwach jonosfery. Wyniki badań opublikowano w Physical Review Letters.
Wiatr słoneczny powoduje zaburzenia o zupełnie innym charakterze w atmosferze Ziemi: ze względu na dużą ilość energii otrzymywanej ze Słońca, w przestrzeni powietrznej powstają silne pola elektryczne, które z kolei wzbudzają turbulencje plazmy. Podobne procesy magnetosferyczne wpływają na jonosferę ze względu na dwa główne czynniki: po pierwsze, za pomocą rozproszonych elektronów, które tworzą quasi-stałe pole elektryczne, a po drugie, ze względu na lokalną jonizację 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 zdarzenie w tym okresie - rozproszoną pulsującą zorzę polarną, która pojawiła się 12 maja 2021 r., i przeanalizowali widmo mocy jej pola elektrycznego w częstotliwościach od 0,1 do 20 kiloherców - zakresie, w którym najczęściej występują elektrostatyczne fale harmoniczne cyklotronowe.
Fizycy sformułowali warunki, które poprzedzały odkryte zdarzenie: wskutek dziewięciokrotnego skoku ciśnienia dynamicznego wiatru słonecznego, silny impuls ścisnął ziemską magnetosferę. Z kolei zainicjował 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 je wygenerowały, a także wykazała samopodobną strukturę do skali metra.
Autorzy artykułu podkreślili, że ich interpretacja wyjaśniająca wzrost aktywności jonosferycznej powinna ulepszyć istniejące modele pogody kosmicznej. Ponieważ przewidywanie zjawisk w dolnych 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”.