Neue Analyse bestätigt Hypothese für Quelle mysteriöser auroraler „Dünen“

Wiederholung der Aurora “Dünen”: Ein Zeitraffervideo, aufgenommen von einem Schotten Nordlicht Der Hobbyist Graeme Whipps wurde verwendet, um die Geschwindigkeit des Phänomens bei über 200 m / s zu bestimmen.

Vor einigen Jahren entdeckten Amateurastronomen erstmals eine seltene Art von Aurora, die wegen ihrer leuchtenden, rollenden Wellenmuster den Spitznamen “Dünen” trägt. Letztes Jahr schlugen Astronomen einen möglichen zugrunde liegenden Mechanismus vor – eine Erhöhung der Dichte von Sauerstoffatomen – obwohl die Theorie zugegebenermaßen spekulativ war. Eine neue Analyse von Forschern der Universität Helsinki liefert nun Beweise, um diese Erklärung zu bestätigen. Dies geht aus einem kürzlich in der Zeitschrift AGU Advances veröffentlichten Artikel hervor.

Die meisten Menschen sind vorübergehend mit dem als bekannt bekannten atmosphärischen Phänomen vertraut Nordlicht, auch bekannt als Nordlichter (oder Südlichter, wenn sie auf der Südhalbkugel erscheinen). Die spektakulären kaleidoskopischen Effekte sind das Ergebnis der Ablagerung geladener Teilchen der Sonne in die Erdmagnetosphäre, wo sie mit Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen kollidieren – eine Wechselwirkung, die diese Moleküle anregt und zum Leuchten bringt. Auroren präsentieren sich typischerweise als schimmernde Bänder am Himmel mit grünen, violetten, blauen und gelben Farbtönen. Die Lichter sind in der Regel nur in polaren Regionen sichtbar, da die Partikel den Erdmagnetfeldlinien folgen, die sich aus der Nähe der Pole herausfächern.

Entdeckungen möglicher neuer Arten von Auroren sind selten. Bereits 2016 beobachteten Enthusiasten eine andere Art von Aurora, die in südlicheren Breiten sichtbar war. Die Aurora sah aus wie ein Band aus rosa oder lila Licht, manchmal mit “Lattenzaun” -Säulen aus grünem Licht, die durch das Band gingen.

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Das Phänomen brachte den Spitznamen STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement) ein, aber Astronomen haben inzwischen festgestellt, dass es sich doch nicht um eine echte Aurora handelt. (Der Name wurde von der animierten Komödie von 2006 inspiriert Über die Hecke.) STEVE wird vielmehr durch warme atmosphärische Emissionen verursacht – geladene Teilchen, die sich hoch in der Ionosphäre erwärmen. STEVE fehlen die unterschiedlichen Spektren, die mit regulären Auroren verbunden sind, wodurch es in eine einzigartige Kategorie eingeordnet wird. Das Lattenzaun-Display zeigt jedoch ist wird als ungewöhnliche Art von Aurora angesehen, da sie durch die Ausfällung von Elektronen in der Atmosphäre verursacht wird; es wurde auch alleine ohne STEVE beobachtet.

Astronomen halten die Dünen für echte Aurora. Amateur-Sterngucker in Finnland, Norwegen und Schottland entdeckten die Dünen im Oktober 2015 und erneut am 20. Januar 2016 in einer Höhe von etwa 100 Kilometern – also in der oberen Mesosphäre der Erde oberhalb und unterhalb der Stratosphäre die Thermosphäre. Die Lichtshow im Januar dauerte fast vier Stunden über eine weite Fläche, sodass die Forscher genügend Zeit hatten, das Phänomen mit Fotos zu dokumentieren.

Im vergangenen Jahr schlugen Wissenschaftler des Kompetenzzentrums für Forschung im Bereich des nachhaltigen Raums einen möglichen zugrunde liegenden Mechanismus für die Auroraldünen vor: eine erhöhte Dichte der atmosphärischen Sauerstoffatome, möglicherweise aufgrund eines atmosphärischen Wellenphänomens, das als mesosphärische Bohrung bekannt ist. Die Bohrung ähnelt den Gezeitenbohrungen, die in einigen Flüssen beobachtet wurden, und es kommt vor, wenn Wellen von Sauerstoffatomen mit dem Sonnenwind interagieren und die Atome zum Glühen bringen. Wenn sich eine mesosphärische Bohrung horizontal innerhalb eines Wellenleiters in der oberen Atmosphäre bewegen würde, würde dies einen Anstieg der Luftsauerstoffkonzentrationen verursachen und die dünenartigen Auroralemissionen erzeugen. Dieser Wellenleiter würde sich zwischen der Grenze der Mesosphäre und einer darunter liegenden Inversionsschicht aus Luft bilden und Wellen bestimmter Wellenlängen über weite Strecken durch die Mesosphäre wandern lassen.

Mit anderen Worten, die Aurora beleuchtet eine Welle, die bereits in der Atmosphäre vorhanden ist. Diese neueste Studie, die Elektronenausfällungs- und Beobachtungstemperaturdaten untersucht, stützt diese Hypothese. Für ihre Analyse kombinierten die Forscher Beobachtungsdaten von Satelliten mit Foto- und Videomaterial der Hobbyisten, die die Dünen im Januar 2016 beobachteten.

Die Forscher fanden heraus, dass in der Nacht des 20. Januar 2016 – als die Dünen in voller Kraft waren – in der Region Elektronen ausfielen, was es sehr wahrscheinlich machte, dass sich in der Atmosphäre genügend energetische Elektronen befanden, um Auroralemissionen zu verursachen. Es gab auch eine starke Temperaturinversionsschicht in der Mesosphäre – ideale Bedingungen für die Bildung des notwendigen Wellenleiters, was zu einer erhöhten Dichte an Sauerstoffatomen führte. Ein Zeitraffervideo, das im Laufe dieser Nacht aufgenommen wurde, ermöglichte es den Forschern, eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von mehr als 22 m / s für die Dünen zu schätzen, was “auf das Vorhandensein starker horizontaler Winde in der oberen Atmosphäre hindeutet”, so die Autoren schrieb.

Es gibt jedoch noch keine direkten Beobachtungsdaten für die mesosphärische Bohrung innerhalb des Wellenleiters. Das Abrufen dieser Daten wird der nächste Schritt in dieser laufenden Forschung sein. Obwohl wir noch keine endgültige Antwort auf die genaue Natur der Dünen haben, liefert diese neueste Studie starke Beobachtungsergebnisse zur Unterstützung der Arbeitshypothese. Und es ist ein Beweis für die analytische Kraft, Satellitendaten mit den aufgezeichneten Beobachtungen von Bürgerwissenschaftlern zu kombinieren.

DOI: AGU Advances, 2021. 10.1029 / 2020AV000338 (Über DOIs).

Listing Bild von Graeme Whipps

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