Загадочное излучение света СТИВА исходит из магнитосферы Земли

Фотография событий СТИВА 17 июля 2018 года. 

«Ученые уже несколько лет знают, что STEVE не является обычным типом полярного сияния, потому что он появляется в более низких широтах и ​​имеет разные цвета», – говорит Сяннин Чу, исследователь из Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере. «Но как именно эти световые излучения образуются высоко в атмосфере Земли, остается загадкой».

STEVE, получивший название Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, обычно выглядит как узкая пурпурная полоса, изгибающаяся по небу. Эта лента иногда сопровождается мерцающими зелеными огнями, которые на фотографиях выглядят как штакетник. Поскольку пурпурный и зеленый свет не всегда появляются вместе, Чу хотел определить, используется ли у этих двух огней один и тот же драйвер, но он не знал, как это сделать, – пока 17 июля 2018 года не произошло счастливое совпадение.

Той ночью два гражданских ученых, расположенных в 400 километрах друг от друга, сделали снимки одного и того же события в Стивене. Поскольку фотографии были сделаны одновременно под двумя разными углами, Чу и его команда смогли выполнить простую триангуляцию, которая предоставила им точное местоположение каждой точки на изображениях.

Затем исследователи проанализировали эту информацию, чтобы попытаться определить местонахождение водителя СТИВА. «Мы не были уверены, должны ли мы смотреть в части ионосферы, на высоте 100–400 километров над Землей, или в магнитосфере на высоте примерно 30 000 километров над поверхностью», – говорит Чу.

Исследователи уже знали, что зеленые «пикеты» следуют за магнитными линиями Земли. Анализ, проведенный командой Чу, показывает, что фиолетовые и зеленые излучения расположены вдоль одних и тех же силовых линий магнитного поля, но на разных высотах. Поскольку они следуют одним и тем же силовым линиям в широком диапазоне высот, Чу говорит, что в ионосфере нет известного локального механизма, который мог бы их объяснить.

«Наш анализ показывает, что и фиолетовые, и зеленые излучения STEVE вызываются одной и той же узкой областью, поэтому это должна быть магнитосфера», – говорит он. «Это подтверждает наше предыдущее исследование, которое предоставило доказательства того, что область драйвера STEVE расположена на резкой границе в магнитосфере, отмеченной сильными волнами и ускорением частиц».

Связь ионосферы и магнитосферы – одна из фундаментальных тем в космической физике, хотя этот процесс обычно рассматривается только в высоких широтах, где происходят полярные сияния. Но Чу говорит, что их результаты показывают, что сильная связь может также происходить на более низких широтах, передавая огромное количество энергии и импульса между магнитосферой и ионосферой.

Анализ фотографий гражданских ученых события STEVE в 2018 году показывает, что эмиссия фиолетового и зеленого света происходит на разных высотах, но вдоль одних и тех же силовых линий магнитного поля. Это указывает на то, что они движутся одной и той же областью магнитосферы на высоте почти 30 000 километров над поверхностью Земли. Предоставлено: Нил Зеллер через Чу и др. 2020.

По словам Чу, это исследование было бы невозможно без помощи гражданских ученых. «Я хочу поблагодарить Нила Зеллера и Колина Чатфилда, которые так любезно предоставили свои фотографии для этого анализа», – говорит он. «Я призываю других гражданских ученых отправлять свои изображения в группу FaceBook в Альберте Аврора Чейзерс».

По словам Чу, по-прежнему остается много нерешенных вопросов о STEVE, в том числе о том, как он генерируется, и гражданские ученые, вероятно, продолжат играть важную роль в этом исследовании. «Мы ограничены количеством событий STEVE и соответствующих наблюдений», – говорит Чу. «Это совершенно новый механизм, о котором никогда раньше не сообщалось. Если мы сможем решить эту проблему, у нас будет больше информации для добавления в наши учебники ».