Структура полярного сияния: возможно, всё дело в отражённых электронах

Полярное сияние — одно из самых впечатляющих зрелищ, которые может предложить природа. Оно возникает, когда заряженные частицы от Солнца направляются магнитным полем Земли в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с атомами и молекулами и создают характерные цветные занавеси света.

Несмотря на хорошее понимание физики, которая вызывает сияние, некоторые мелкомасштабные особенности долго не поддавались объяснению. Используя оптические данные высокого разрешения и простую математическую модель, Бриндли и Уайтер показали, что определённые тонкие структуры сияния могут возникать из-за электронов, «отражающихся» от низкочастотных плазменных волн — альвеновских волн — над ионосферой.

Что изучали

Полярное сияние даёт и сложности, и возможности для изучения плазмы и электромагнитных полей. Любая плазма сложна: электрически заряженные частицы, из которых она состоит, создают собственные поля и управляются внешними полями. Однако движение сияния даёт способ оценить электрические поля.

Спутники на орбите Земли картировали U-образные электрические потенциалы над дугами сияния, но эти наблюдения ограничены, в частности потому, что большинство аппаратов находятся над интересующей областью лишь короткое время. Чтобы понять мелкомасштабные флуктуации, авторы использовали излучение кислорода и азота в оптической и ближней инфракрасной части спектра, измеренное наземным прибором ASK, когда он был развёрнут на Свальбарде в Норвегии.

Прибор дал как пространственные, так и временные данные о том, как электрические поля эволюционируют за 25-секундный период. Этого промежутка хватило, чтобы уловить поведение, которое обычно ускользает от спутниковых исследований. Исследователи использовали два разных подхода к картированию электрических полей, причём один предполагал наличие U-образного потенциала. Результаты в основном совпали, а расхождения между ними исследователи объяснили электронами, ускоренными при отражении от альвеновских волн над ионосферой.

Что это значит

Метод оптических наблюдений с высоким пространственным и временным разрешением даёт путь вперёд для понимания сияния на малых масштабах, а также других явлений космической погоды, предполагают авторы.