スティーブはオーロラのように見えますが、オーロラではありません • Earth.com

鮮やかな緑、赤、紫のカーテンが広がる魅惑的なオーロラは、長い間夜空を見る人たちを魅了してきました。 しかし、最近、奇妙なオーロラのような現象が出現しています。「スティーブ」として知られる紫と白の縞模様と、それに伴うことが多い… 輝く緑 「ピケットフェンス」 – 科学者と空観察者の同様の関心を引き起こしました。

2006 年の子供向け映画の登場人物にちなんで名付けられた、より有名なオーロラ「スティーブ」の変種として 2018 年に初めて特定されましたが、ピケットフェンス現象は当初、オーロラと同じ物理的プロセスの産物であると考えられていました。 しかし、この仮定では、その独自の起源について多くの疑問が未解決のまま残されました。 白熱灯の排出。

空のフレアを発生させる新機構

クレア・ガスキーは、ニューヨーク大学の物理学を専攻する将来有望な大学院生です。 カリフォルニア大学バークレー校。 ガスケはこれらの現象について興味深い説明を提案し、従来のオーロラの原因となる物理的メカニズムとはまったく異なる物理的メカニズムを提案しました。

「これは、場合によってはオーロラの光とエネルギーを生み出すものについての私たちのモデルをひっくり返すことになるでしょう」とガスキー氏は言う。 「これは本当に素晴らしいことであり、現在の宇宙物理学における最大の謎の 1 つです。」

協力：宇宙科学研究室（SSL) バークレーでは、ガスケは次のように呼びかけています。 NASA 仮説を検証するためにオーロラに向けてロケットを打ち上げるミッション。 この研究は、太陽が 11 年周期のより活発な段階に入る時期と一致しており、スティーブやピケットフェンスのような珍しい現象を研究するのに最適な時期となっています。

「スティーブ」と一般的なオーロラの区別

ガスキーの研究は、高層大気における電場の奇妙な挙動に焦点を当てています。 これは、地球の磁場と平行なこれらの磁場が、ピケットフェンス現象で観察される色のスペクトルを生成する可能性があることを示唆しています。

この仮説は、オーロラの光とエネルギー生成の現在のモデルに疑問を投げかけ、地球の磁気圏と電離層の間の相互作用の理解に重要な意味を持ちます。

一般的なオーロラは、太陽風が地球の磁気圏の粒子にエネルギーを与え、上層大気中の酸素と窒素の分子が特定の周波数の光を放射することによって引き起こされます。

しかし、STEVE は、オーロラのよりエネルギーの高い粒子相互作用に特有の青い光がなく、マゼンタまたはバイオレットを中心とした広範囲の周波数を示しています。 興味深いことに、スティーブとピケットフェンスは典型的なオーロラよりも低緯度で発生し、おそらく赤道付近でも発生します。

平行電場が作用している

ガスキーの研究は、「ピケットフェンス」からの放射は、地球の磁場と平行な低高度の電場によって生成されると仮定しています。 彼女は、電離層の広く受け入れられている物理モデルを使用して、高度約 110 km で 1 メートルあたり約 100 ミリボルトの平行電場が電子を加速できることを実証しました。

この加速は酸素原子と窒素原子を活性化するのに十分であり、ガスの放出につながります。 光のスペクトル 「ピケットフェンス」と「スティーブ」の残光で観察されます。 また、プラズマ密度が低く、中性酸素原子や窒素原子の存在が増加しているなど、この領域の独特な状況も特定されました。 これらは絶縁体として機能し、電界による短絡を防ぎます。

「ピケットフェンスの範囲を見ると、予想よりもはるかに緑色です。窒素のイオン化から来る青色はありません。」とガスキー氏は言いました。 「それらの色を作り出すことができる電子は、宇宙から大気中に来ることはできません。なぜなら、それらの粒子はエネルギーが多すぎるからです。」

その代わりに彼女は、「ピケットフェンスから発せられる光は、宇宙の平行電場によってエネルギーを与えられる粒子によって生成される。そのメカニズムは、私たちが研究してきた、あるいは知っているどのオーロラとも大きく異なる。」と述べた。 前に。”

ミサイルでスティーブを探す

ブライアン・ハーディングSSL の研究物理学者助手であり、Gaskey の論文の共著者でもある彼は、この発見の重要性を強調しています。

「クレアの論文で本当に興味深いのは、スティーブのスペクトルが非常に奇妙な物理現象が起こっていることを我々に数年前から知っていたことだ。我々にはそれが何なのか分からなかった。」とブライアンは語った。平行電場はこの奇妙なスペクトルを説明できます。」

研究チームは、仮説の妥当性を検証することを目的として、アラスカからロケットを打ち上げてこれらの現象内の電場と磁場を測定することを提案している。 この取り組みは、NASA の宇宙への低コストのアクセスに沿ったものです (LCAS) 高層大気の化学や物理学への理解が深まることが期待されます。 当初のターゲットは、強化されたオーロラとして知られるものになります。これは、「スティーブ」と「ピケットフェンス」のような放出を含む通常のオーロラです。

「増強されたオーロラは、基本的には通常のオーロラに含まれるこの明るい層です。その色は、青が少なく、酸素による緑と窒素による赤が多いという点でピケットフェンスに似ています。仮説では、これらもまた、平行電界の経路ですが、ピケットフェンスよりもはるかに一般的です。」

同氏によると、この計画は「増強された層を通ってロケットを飛行させ、これらの平行電場を実際に初めて測定する」だけでなく、「条件を区別するために、より高い高度で分子を測定するために2番目のロケットを飛ばす」こともあるという。 」 「オーロラを引き起こすものの一つ。」最終的には、スティーブとピケットフェンスを直接通過するロケットを手に入れることを彼女は望んでいます。

好奇心がオーロラの探索を駆り立てるのです、スティーブ。

ガスキー氏は、彼女の成功は、中間圏や成層圏を含む大気のさまざまな層を研究する専門家との協力のおかげであると考えています。 この学際的なアプローチにより、オーロラと STEVE の違いの理解が大きく前進しました。

ハーディング氏とガスケ氏、およびその同僚らは、この秋にロケットキャンペーンを開始するという提案をNASAに提出し、2024年前半にその選定に関する返答が得られることを期待している。ガスケ氏とハーディング氏は、この実験が宇宙の化学と物理学を理解するための重要なステップであると考えている。惑星。 高層大気、電離層、地球の磁気圏。

「それらの電場がどのようにしてそこに到達したのか、どのような波がそれに関連しているのか、あるいは関係していないのか、そしてそれが地球の大気と宇宙の間のより大きなエネルギー伝達にとって何を意味するのかについて、将来的には多くの研究が行われるだろうと言っても過言ではありません。 」とハーディング氏は語った。 「本当に分かりません。クレアの論文はこの理解の第一歩です。

チームは、2024 年前半に予想されるロケット計画計画に関する NASA の決定を心待ちにしています。

つまり、クレア・ガスケが主導した研究は、宇宙物理学における極めて重要な進歩を象徴するものである。 ガスキーは、「スティーブ」のとらえどころのない性質と、オーロラ以外のものとしての「ピケットフェンス」を強調しました。 太陽周期が進行するにつれて、これらの結果はこれらの現象の謎を解明するだけでなく、地球と宇宙の間の動的な相互作用についてのより広範な理解を促進することを約束します。

オーロラについてさらに詳しく

オーロラは、一般にオーロラとサザン ライトとして知られ、地球の極空に魅惑的な自然光のショーとして現れます。 それは地球の大気と太陽風の間の素晴らしい相互作用によって起こります。

上記で詳しく説明したように、科学者たちは、スティーブとピケットフェンスはオーロラと同じ物理的プロセスによって引き起こされると信じています。 しかし、この考えは、その独特の輝く発光の起源について多くの未解決の疑問を残しました。

出身地：サンコネクション

エネルギーと粒子の源である太陽は、荷電粒子の流れである太陽風を常に放出しています。 これらの粒子は地球に向かう旅の途中で地球の磁場に遭遇し、オーロラの形成に重要な役割を果たします。

太陽風が地球に到達すると、太陽風は磁場の影響を受けます。 宇宙に広がる地球の磁場はシールドとして機能し、これらの粒子を極に向けて導きます。 ここでは、磁力線がこれらの荷電粒子を地球の上層大気中に導きます。

スティーブの旗とオーロラを表示

オーロラの基本的な現象は、これらの荷電粒子、特に電子が地球の大気中の酸素や窒素などのガスと衝突するときに発生します。 この衝突によりガス分子にエネルギーが伝達され、ガス分子が励起されて発光します。これがオーロラ表示の本質です。

オーロラとスティーブの特定の色は、緑と赤から青と紫まであり、関与するガスの種類と相互作用の高さに依存します。

太陽活動は、オーロラの強度と頻度に大きな影響を与えます。 太陽活動極大期には、太陽フレアとコロナ質量放出の増加により、より強力で頻繁なオーロラが発生します。 逆に、太陽極小期はオーロラ活動の減少をもたらします。

文化的および歴史的重要性

オーロラは、その視覚的な素晴らしさに加えて、地球の磁気圏の動態と太陽放射との相互作用についての貴重な洞察を提供します。 オーロラを研究することは、地球の磁場がどのようにして私たちを有害な太陽放射から守っているかを理解するのに役立ちます。

オーロラはさまざまな文化の中で特別な位置を占め、神話や民間伝承にインスピレーションを与えてきました。 北欧神話におけるワルキューレの盾から、土着の信仰における祖先の霊の象徴まで、オーロラは歴史を通じて驚異とインスピレーションの源であり続けてきました。

つまり、その驚くべき美しさを持つオーロラは、単なる視覚的なスペクタクルではありません。 これは太陽風と地球の磁場の動的な相互作用であり、地球の保護シールドについての洞察を提供し、文化や世代を超えて人々を魅了し続けています。

研究全文は雑誌に掲載される 地球物理学研究レター。

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