Fyzik vysvetľuje trblietavú vedu za polárnymi žiarami

Fyzik vysvetľuje trblietavú vedu za polárnymi žiarami

Fialová a zelená polárna žiara v Delta Junction na Aljaške. Nasnímané 10. apríla 2015. Kredit: NASA / Sebastian Saarloos

Každý deňna severnom a južnom póle Zeme pokrývajú oblohu strašidelné tancujúce svetlá polárnych žiaroviek v množstve fariebod zelených neónových a hrachových polievok až po jemné a ohnivo červené. škótsky básnik David Vedderv polovici 19. storočia popísané aurora borealis ako „búrka perál a diamantov“,zatiaľ čo prieskumníci Antarktídy v 19. storočí raz porovnávané aurora australis na hada „strieľajúceho cez pologuľu“.



Plazmovému fyzikovi NASA a zakladateľovi projektu občianskej vedy Aurorasaurus , Liz MacDonald, polárna žiara je ako „trblietavá bomba“zhluk nabitých častíc prúdiacich zo Slnka, ktorý interaguje s magnetickým poľom Zeme. In nedávny rozhovor na Science Friday , vysvetlila, že Zem sedí v tomto neustálom prúde slnečného vetra, čo spôsobuje, že jej magnetické pole sa mení na veľký dipólový magnet v tvare slzy s dlhým chvostovým koncom.

Kredit: Použité so súhlasom Liz MacDonald

Trblietky „prechádzajú 93 miliónov míľ od Slnka všetkými smermi a niekedy zasiahnu Zem, kde interagujú s oblasťou magnetického poľa Zeme,“ povedal MacDonald. 'Nakoniec sa táto energia uvoľňuje v oválnom tvare v oblastiach vysokej zemepisnej šírky, kde potom vytvára svetlo polárnej žiary a všetku tú krásu a dynamiku, ktorú môžete vidieť.'

V kráse polárnej žiary sa skrýva mnoho vedeckých tajomstiev, ktoré MacDonald dúfa, že nájde odpoveď.

Science Friday zastihol MacDonalda, aby zistil viac o fyzike polárnej žiary, o tom, čo ju zlákalo k jej štúdiu, o zrode analógie „glitter bomb“ a o tom, ako môže občianska veda a sociálne médiá pomôcť vyriešiť niektoré z tých pretrvávajúcich záhad o krásnych svetlách. .

Prečo ste skončili so štúdiom polárnej žiary?
Ako vysokoškolák na Washingtonskej univerzite som sa bál fyziky. Ale mal som úžasného mentora ( Ruth Skoug, vedkyňa teraz v Národnom laboratóriu Los Alamos )ktorý študoval polárnu žiaru a otvoril mi oči pre výskum. Polárne žiary boli krásne a zložité a výskum o nich bol hmatateľný a mal praktické využitie. Všetky tieto dôvody ma priťahovali k polárnym žiaram. Môj mentor ma presvedčil, aby som absolvoval ešte jednu hodinu fyziky a potom ešte jednu, a som tu.

Prečo sa niektoré polárne žiary javia ako rôzne farby?
The rôzne farby sú z rôznych typov zrážok vyskytujúcich sa medzi nabitými časticami pršíjúcimi z vesmíru a rôznymi typmi atómov v okolí až po hornú atmosféru. Niektoré polárne žiary majú viac ako jednu farbu. Aurorasaurus má rôzna grafika Na toto.

Zelená polárna žiara sa vznáša nad ľadovými cestami mimo Yellowknife v Kanade. Kredit: Použité so súhlasom Liz MacDonald

In nedávny rozhovor Science Friday , opisujete polárne žiary ako trblietavé bomby „nabitých častíc pochádzajúcich zo slnka“. Čo tým myslíš?
Toto je analógia Prišiel som na to pomôcť opísať neviditeľné nabité častice vesmírneho prostrediaplazma, ktorá reaguje na elektrické a magnetické polia vo vesmíre. Plazma sú neviditeľné nabité častice, ktoré vypĺňajú priestor a majú všetky druhy komplikovaných pohybov.

Priestor nie je prázdny. Je naplnená plazmou alebo magnetizovanými trblietkami. Vesmír je väčšinou neviditeľný, kým si nenasadíte trblietavé okuliare a nevstúpite do sveta heliofyziky (náuka o účinkoch slnka na slnečnú sústavu). Je ich veľa rôzne druhy a množstvá trblietok, hlavne pozitívnych a negatívnych, ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami.

Slnko vyžaruje tieto neviditeľné slnečné trblietkyniekedy vietor fúka silno, inokedy jemne – za svojou magnetickou balerínovou sukňou. Vážne, slnko má trblietky a víri sa raz za 27 dní. Môžete si z toho predstaviť nejakú báječnú magnetohydrodynamickú fyziku!

Horná vrstva atmosféry Zeme má svoj vlastný lesk, ktorý sa pohybuje vo veľkej vírivej bubline. Preto je magnetosféra miestom, kde sa trblieta slnečný vietor a trblieta sa Zem tanec a je to tento tanec, ktorý vytvára svoju vlastnú báječnú fyziku.

Toto všetko môžeme dôsledne študovať, ale môžeme stratiť úctu. Myslím si, že predstava plazmy ako niečoho známejšieho, napríklad trblietavej bomby, môže pomôcť vedcom komunikovať niektoré z hlavných procesov. napísal som sériu tweetov o tom a rád by som napísal aj detskú knihu.

Prečo sú polárne žiary aktívnejšie každých 11 rokov? A prečo ich vidno v južnejších zemepisných šírkach?
Polárna žiara sa stáva aktívnejšou každých 11 rokov, pretože magnetické pole Slnka v skutočnosti mení polaritu pri tejto kadencii. Slnečné erupcie a iné hnacie aktivity na povrchu slnka sa v dôsledku preklápania značne líšia.

Aktuálny slnečný cyklusprvá od existencie sociálnych médiívyvrcholila v roku 2014. Ide o široké maximum zvýšenej aktivity, niekoľko rokov, kedy je polárna žiara vidieť ďalej od pólov počas slnečných búrok.

Čo môžu polárne žiary povedať vedcom o vesmírnom prostredí a vesmírnom počasí?
Polárne žiary sú ako televízna obrazovka toho, čo sa deje v magnetickom priestore okolo Zeme. Rozprávajú nám o prostredí, v ktorom kozmické lode, ako sú geosynchrónne telekomunikačné satelity, žijú a ako ich ovplyvňuje kozmické počasie. To je dôležité pre zdravie, cenu a životnosť satelitov. Keďže polárna žiara je tiež mnoho širokých vrstiev alebo závesov elektrického prúdu, môže rušiť elektrické prenosy v priestore nízkej obežnej dráhy a na zemi.

Ohnivá žiara úplne červenej polárnej žiary zachytená v Independence, Missouri v roku 2011. Poďakovanie: NASA/Tobias Billings

Aké sú najväčšie nedorozumenia týkajúce sa polárnej žiary?
Nepochopením číslo jedna nepochybne je, že polárne žiary sú spôsobené priamo časticami zo slnka vstupujúcimi do zemskej atmosféry, pričom sa ignoruje úloha magnetosféry, ochrannej magnetickej bubliny, v ktorej žijeme, a nabitej hornej atmosféry, známej ako ionosféra. pri vytváraní polárnych žiar. Magnetosféra je nesmierne dôležitá pre spracovanie (alebo rozdelenie) ukladania a uvoľňovania energie zo Slnka.

Ako sa môžu projekty občianskej vedy páčiť Aurorasaurus lepšie chápeme polárne žiary a priestor okolo Zeme?
Polárna veda je pomerne malá a mladá oblasť. Občanskí vedci môže prispieť k objavom niektorých zriedkavých aurorálnych javov, ako je tenký purpurový oblúk nájdený v Alberte v Saskatchewane, nálezcovia dočasne tzv. Steve . Príležitostí na pozorovanie polárnej žiary pomocou satelitov je veľmi riedke a naše modely sú zatiaľ veľmi predbežné. Občanskí vedci môžu spoločne doplniť tieto údaje a pomôcť vytvoriť lepšie modely polárnej aktivity na ochranu pred počasím vo vesmíre.

Občanskí vedci, ktorí prispievajú k Aurorasaurovi, si tiež môžu navzájom pomáhať v reálnom čase na celom svete nahlasovaním podmienok. Naša platforma poskytuje upozornenia na základe polohy na základe viacerých robustných správ od vedcov, ktoré možno potom použiť na vyhodnotenie toho, aká môže byť vaša šanca vidieť polárnu žiaru vo vašej oblasti.

Aké ďalšie záhady by ste ešte chceli vyriešiť o polárnej žiare?
Tou veľkou je spojenie medzi časticami, ktoré meriame zo satelitov vzdialených viac ako 100 000 míľ v magnetosfére, a časticami, ktoré prší a poháňajú svetlo polárnej žiary. Samotné siločiary sa rýchlo naťahujú a je veľmi ťažké ich sledovať, pretože nemáme priame spôsoby, ako tieto spojenia vytvoriť. Začíname uvažovať o experimentoch, ktoré to dokážu, a možno aj vyriešiť záhady, ako sú magnetosféra a ionosféra prepojené.

Aurora australis tancuje nad južným pólom. Kredit: NOAA/Ross Burgener

Aká je najúžasnejšia (alebo najpamätnejšia) polárna žiara, ktorú ste videli?
S manželom sme mali to potešenie, že nás vzali na prenasledovanie polárnej žiary s amatérskym astronómom a báječným fotografom menom James Pugsley v Yellowknife v Kanade. Dokáže sa pozrieť na oblohu a na základe veľmi jemných signálov vie, kedy je dobré vystúpiť z nákladiaku a pripraviť sa na skvelú show. Ako vedec sa môžem pozrieť na údaje a pokúsiť sa uhádnuť, kde sa objavia. Jeho metóda však udrží prsty na nohách a batérie fotoaparátu v teple oveľa dlhšie. „Každodenná“ polárna žiara, ktorá sa deje ďaleko na severe, je veľkolepá a stojí za to ju navštíviť, aj keď slnko nie je také aktívne.

Čo by ste chceli, aby ľudia vedeli o polárnej žiare?
Toto je ťažké. Po prvé, želám si, aby ľudia vedeli, že môžu zvýšiť svoje šance, že budú vedieť, kedy môže byť polárna žiara viditeľná, tým, že si prezrú náš projekt a aplikácie a prihlásia sa na odber upozornení.

Po druhé, želám si, aby ľudia vedeli, že je to vlastne oblasť vedy. Nie je to astronómia, keďže študujeme hmatateľné procesy v blízkosti Zeme vo veľkom prirodzenom vesmírnom laboratóriu. Tiež, prepáč mami, nie je to astrofyzika, aj keď to znie chladnejšie. Štúdium polárnej žiary je súčasťou fyziky vesmírnej plazmy nazývanej heliofyzika v NASA.

Tento rozhovor bol upravený kvôli priestoru a prehľadnosti.