Vedci zachytili zvlnený okraj oddeleného polárneho oblúka pri hranici plazmasférického prúdu

Polárna žiara nemusí mať vždy podobu súvislého oblúka okolo magnetických pólov. Nová štúdia opisuje aj menej bežný jav: oddelený aurorálny oblúk v nižších zemepisných šírkach, ktorého okraj mal podľa pozorovaní pílkovité zvlnenie. Vedci ho spájajú s procesmi na hranici plazmasférického prúdu, teda s dynamikou v blízkosti plazmasféry počas obnovovacej fázy geomagnetickej búrky.

Undulations in Auroral Arcs at Plasmaspheric Plume Boundary.

Zdroj: https://eos.org/editor-highlights/undulations-in-auroral-arcs-at-plasmaspheric-plume-boundary

Podľa zhrnutia publikovaného v AGU Advances išlo o oblúk pozorovaný v ultrafialovom svetle, ktorý vznikol pôsobením energetických elektrónov a sprevádzali ho aj energetické ióny. Tím Feng a kolegov na základe údajov z viacerých satelitov a pozemných staníc zistil na rovníkovej strane oblúka zvlnenia pripomínajúce zuby píly. Autori ich pripisujú elektromagnetickým ion-cyklickým vlnám, skrátene EMIC waves, ktoré sú modulované povrchovými vlnami na hranici plazmasférického prúdu a rezonujú s energetickými iónmi.

Význam zistenia je v tom, že pomáha vysvetliť jemnú štruktúru takýchto oddelených aurorálnych oblúkov. V praxi ide o ďalší dielik do skladačky toho, ako sa energia a častice počas geomagnetických búrok presúvajú v blízkosti Zeme. Presný mechanizmus je v tomto prípade opísaný opatrne: štúdia ukazuje súvislosť medzi zvlnením hranice prúdu, moduláciou EMIC vĺn a zrážaním energetických iónov do ionosféry, no ide o interpretáciu založenú na pozorovaniach, nie o priamy laboratórny experiment.

Čo je oddelený aurorálny oblúk

Väčšina polárnych žiar sa objavuje v takzvanom aurorálnom ovále, teda v páse vysokých zemepisných šírok okolo magnetických pólov.

Snímka zobrazuje: Undulations in Auroral Arcs at Plasmaspheric Plume Boundary.

Zdroj: https://eos.org/editor-highlights/undulations-in-auroral-arcs-at-plasmaspheric-plume-boundary

Niekedy sa však vytvorí aj samostatný oblúk, ktorý je od hlavného oválu oddelený a objavuje sa nižšie, často popoludní. Práve takýto typ žiary bol predmetom štúdie.

Takéto oblúky sú zaujímavé najmä preto, že naznačujú odlišné podmienky v magnetosfére a ionosfére než pri bežnej polárnej žiare. V tomto prípade sa oblúk spájal len s jedným či dvoma „koncami“ s hlavným oválom, čo naznačuje lokálnejší a zložitejší proces vzniku.

Plazmasférický prúd a jeho zvlnená hranica

Plazmasféra je toroidná oblasť chladnej a hustej plazmy nad nízkou a strednou ionosférou.

Snímka zobrazuje: Schematic illustration of the formation mechanism for the sawtooth-like undulations of a detached auroral arc. The surface waves modulate the.

Zdroj: https://eos.org/editor-highlights/undulations-in-auroral-arcs-at-plasmaspheric-plume-boundary

Mohlo by Vás zaujímať  MAVEN zachytil na Marse jav, ktorý sa doteraz pozoroval len v magnetosférach

Počas obnovovacej fázy geomagnetickej búrky sa z nej môže vytvoriť jazykovitý výbežok nazývaný plazmasférický prúd. Práve na jeho hranici sa môžu objavovať povrchové vlny.

Všeobecne platí, že keď sa na rozhraní dvoch prostredí šíria vlny, môžu meniť lokálne podmienky pre pohyb nabitých častíc. V tomto type vesmírneho prostredia to znamená, že vlny môžu modulovať ďalšie elektromagnetické vlny a tým nepriamo ovplyvniť, kde a ako sa častice zrážajú s hornými vrstvami atmosféry.

Prečo vedcov zaujímajú EMIC vlny

EMIC vlny patria medzi procesy, ktoré sú v magnetosfére dôležité, pretože dokážu interagovať s energetickými iónmi.

Snímka zobrazuje: Over a dark blue-green square appear the words Special Report: The State of the Science 1 Year On.

Zdroj: https://eos.org/editor-highlights/undulations-in-auroral-arcs-at-plasmaspheric-plume-boundary

V tomto prípade autori tvrdia, že práve tieto vlny boli modulované povrchovými vlnami na hranici plazmasférického prúdu a že ich rezonancia s iónmi viedla k pozorovanému tvaru oblúka.

Pre výskum vesmírneho počasia je to podstatné. Takéto interakcie pomáhajú vysvetliť, ako sa energia počas geomagnetických búrok rozdeľuje v okolí Zeme a prečo sa aurorálne štruktúry niekedy objavujú v nečakaných polohách alebo s nezvyčajným tvarom.

Čo pozorovania naznačujú o vzniku zvlnenia

Štúdia vychádza z údajov z viacerých satelitov a pozemných staníc, čo je pri výskume aurór dôležité, pretože jeden zdroj dát zvyčajne nestačí na zachytenie celého reťazca procesov. V tomto prípade sa podarilo spojiť obrazové pozorovanie oblúka s informáciami o časticiach a vlnách v okolitej plazme.

Výsledkom je obraz, v ktorom sa zvlnenie na okraji oblúka neberie ako náhodná vizuálna zvláštnosť, ale ako stopa fyzikálnych procesov v plazmasférickom prúde. To je dôležité aj preto, že jemné štruktúry aurór môžu niesť informáciu o tom, čo sa deje v magnetosfére v menších mierkach, než aké zachytávajú bežné prehľady.

Čo zostáva otvorené

Aj keď štúdia ponúka presvedčivé vysvetlenie, ide stále o jeden prípad pozorovaný v konkrétnych podmienkach. V podobných výskumoch býva otvorenou otázkou, ako často sa takýto mechanizmus opakuje, či sa prejavuje rovnako pri iných geomagnetických búrkach a aké presne podmienky rozhodujú o tom, že sa vytvorí práve pílkovité zvlnenie.

Práve preto majú podobné pozorovania hodnotu aj mimo samotného jedného úkazu. Každý nový prípad pomáha spresniť modely, ktoré opisujú prepojenie medzi plazmasférou, vlnami a aurorálnymi štruktúrami. V tomto zmysle ide o detailný pohľad na jav, ktorý je síce vizuálne pôsobivý, no zároveň je dôležitým testom fyziky blízko Zeme.

Zdroj: Eos

Pôvodný článok: https://eos.org/editor-highlights/undulations-in-auroral-arcs-at-plasmaspheric-plume-boundary