An aurora plasuje się jednym z najpiękniejszych cudów natury życia na planecie z globalnego pola magnetycznego i eksperci przestrzeń pogodowe są coraz bliżej do zrozumienia jedną z tajemnic tego zjawiska jest. Widzisz, kiedy zorza polarna rozświetla niebo półkuli północnej nad Arktyką, ten sam wzór powinien wybuchnąć na niebie półkuli południowej nad Antarktydą. Ale naukowcy zauważyli, że te dwa nie pasują do siebie po porównaniu jednoczesnych zdjęć zorzy północnej i południowej w 2009 roku.
Dlaczego mielibyśmy oczekiwać, że będą symetryczne w pierwszej kolejności?
Jak działają zorze polarne
Zorza polarna jest widocznym przypomnieniem epickiej interakcji między polem magnetycznym Słońca a globalnym polem magnetycznym Ziemi, zwanym magnetosferą. Słońce nieustannie wypompowuje ogromne ilości pobudzonych cząstek, takich jak protony, jądra helu i śladowe ilości ciężkich jonów. Razem cząsteczki te są uwalniane w przestrzeń międzyplanetarną, przemywając planety jako wiatr słoneczny .
Inne zjawiska słoneczne, takie jak koronalne wyrzuty masy (lub CME), wybuchają, wyrzucając namagnesowane chmury tych cząstek w przestrzeń z dużą prędkością. Wiatr słoneczny, rozbłyski słoneczne i CME oraz wpływ, jaki wywierają na naszą planetę, są wspólnie nazywane „pogodą kosmiczną”. Cała ta kosmiczna pogoda może mieć potężny wpływ na naszą planetę - i naszą technologię - gdy napotka magnetosferę naszej planety.
Jednym z takich efektów jest burza geomagnetyczna. Może się tak zdarzyć, jeśli pole magnetyczne słońca oddziałuje w określony sposób z magnetosferą, wprowadzając do magnetosfery cząsteczki słoneczne, które tworzą zorze polarne. Zorze polarne rozwijają się, gdy te cząstki podążają za polem magnetycznym naszej planety do biegunów, deszczując przez atmosferę. W zależności od tego, w jakie gazy atmosferyczne trafią, pojawi się pięknie kolorowy wyświetlacz świetlny.
Teraz cofnijmy się i wyobraźmy sobie te podręcznikowe schematy magnesów sztabkowych, z wydrukowanymi biegunami północnymi (N) i południowymi (S). Utworzone przez nie linie pola magnetycznego wytyczą symetryczne pętle łączące biegun północny i południowy. Jest to nadmierne uproszczenie pola magnetycznego naszej planety, ale fizyka jest taka sama.
Następnie umieśćmy uproszczone pole magnetyczne naszej planety w stałym strumieniu cząstek ze Słońca. Strumień ten, znany również jako wiatr słoneczny, przenosi słoneczne pole magnetyczne - znane jako międzyplanetarne pole magnetyczne (lub MFW) - tworząc ciśnienie na magnetosferę naszej planety, zmiatając ją z powrotem. Strona dzienna naszej magnetosfery zostanie ściśnięta, podczas gdy strona nocna magnetosfery zostanie wydłużona, jak rozciągnięta kropla wody. Gdyby wiatr słoneczny był stały, niewiele by się wydarzyło; strumień cząstek przepływałby bez przeszkód nad ziemską magnetosferą. Wiemy jednak, że przestrzeń pogoda jest coś , ale stabilny.
Gdy Słońce obraca się, obmywa wiatry słoneczne o różnej prędkości nad naszym lokalnym sąsiedztwem kosmosu, a erupcje, takie jak rozbłyski i CME, mogą powodować bardzo dramatyczne i dynamiczne zmiany w przestrzeni międzyplanetarnej. Jeśli warunki magnetyczne są odpowiednie, Słońce może wyrzucić bańkę namagnesowanych cząstek na Ziemię, która zostanie wstrzyknięta do warstw magnetosfery (wyobrażanie sobie warstw magnetosfery, jak warstwy skórki cebuli, nie jest daleko od jej faktycznej struktury). Cząstki te są następnie zrzucane z powrotem do ogona magnetosfery (trafnie nazywanego „ogonem magnetycznym”), gdzie są przechowywane, aż ogon magnetyczny przejdzie zdarzenia ponownego połączenia, uwalniając ciśnienie i zmuszając zmagazynowane cząstki słoneczne do przepływu wzdłuż linii pola magnetycznego do atmosfery ziemskiej.Ponowne połączenie magnetyczne to zjawisko, w którym pola magnetyczne są zmuszane do siebie, pękają jak elastyczne, a następnie ponownie łączą się, uwalniając energię, wraz z ogromnym przypływem cząstek.
Asymetryczna rzeczywistość
Wszystkie rzeczy są równe i pamiętając nasz prosty schemat magnesów słupkowych opisany wcześniej, linie pola prowadzące do północnego i południowego bieguna Ziemi powinny wyglądać tak samo, a równe ilości cząstek powinny padać w identyczny sposób nad Arktyką i Antarktydą. I tu pojawiają się dwa nowe i uzupełniające się badania, opublikowane w Journal of Geophysical Research: Space Physics i czasopiśmie Annales Geophysicae .
W 2009 roku eksperci od pogody kosmicznej porównali wzorce zórz polarnych wybuchających podczas burzy geomagnetycznej. To, co zobaczyli, było zagmatwane; utworzone wzory znajdowały się w różnych miejscach i miały inne kształty niż przewidywano. W tamtym czasie zakładali, że ta asymetria jest spowodowana złożonością zdarzeń ponownego połączenia w ogonie magnetycznym, wysyłających różne ilości naładowanych cząstek do biegunów północnego i południowego, tworząc w ten sposób niedopasowanie. Jednak te nowe badania wskazują, że asymetria może być w rzeczywistości spowodowana orientacją IMF osadzoną w strumieniach wiatru słonecznego, która po raz pierwszy napotyka magnetosferę naszej planety - coś, co naukowcy nazywają „asymetryczną przestrzenią kosmiczną”.
Zmieszany? Amerykańska Unia Geofizyczna wyprodukowała doskonały film wyjaśniający to:
Możemy sobie wyobrazić pole magnetyczne Słońca jako serię przypadkowo zorientowanych linii, spływających po Ziemi, jak płytkie fale spływające po kamyku na plaży. Jeśli mają magnetyczną orientację północ-południe, która odpowiada orientacji północ-południe magnetosfery, połączą się z polem magnetycznym Ziemi i cofną się, łącząc się z ogonem magnetycznym wraz z cząstkami wiatru słonecznego, które zawierają. W tym przypadku ogon magnetyczny będzie wyglądał symetrycznie, a wszelkie wygenerowane zorze polarne również będą symetryczne. Dopasowane wzory!
Ale co, jeśli pole magnetyczne Słońca jest zorientowane wschód-zachód w stosunku do pola północ-południe Ziemi? Według tych nowych badań może to spowodować skręcenie i asymetrię ogona magnetycznego. Jak można się pewnie domyślić, będzie to miało wpływ na powstające zorze polarne, kierując cząstki słoneczne w asymetryczny wzór i tworząc asymetryczne zorze. Wzory niedopasowane!
Z biegiem czasu, gdy coraz więcej energii jest uwalniane poprzez ponowne połączenie w ogonku magnetycznym, rozwinie się on i te zorze powoli powrócą do swojego symetrycznego kształtu. Jest to sprzeczne z intuicją. Eksperci od pogody kosmicznej założyli kiedyś, że asymetria była spowodowana ponownym połączeniem magnetycznym. W rzeczywistości wydaje się, że ponowne połączenie uwalnia ciśnienie magnetyczne, aby przywrócić zorze polarne do symetrii.
Teraz to jest interesujące
Burze geomagnetyczne mogą generować potężne zakłócenia elektryczne na całym świecie, powodując przerwy w dostawie prądu i przerwy w komunikacji. W naszym coraz bardziej zależnym od technologii świecie zrozumienie pogody kosmicznej jest najważniejsze, jeśli mamy dokładnie przewidzieć i przygotować się na wpływ burzliwego środowiska otaczającego naszą najbliższą gwiazdę.
