Данные гражданских ученых помогают раскрыть тайны голубого низкоширотного полярного сияния

Одна из двух фотографий, на которых запечатлено сияние с преобладанием синего цвета, и которые были проанализированы в этом исследовании. Автор: Takuya Usami

Видеоролики со смартфонов и любительские фотографии запечатлели это событие, что позволило ученым объединить общедоступные данные с собственными исследованиями и изучить это явление.

В новом исследовании ученые проанализировали видеозаписи и изображения полярного сияния с преобладанием синего цвета, чтобы оценить площадь явления и подтвердили оценки с помощью спектрофотометров.

Исследование, опубликованное в журнале Earth, Planets and Space, проводилось под руководством Соты Нандзё, научного сотрудника Шведского института космической физики в Швеции, и профессора Кадзуо Сиокавы из Института исследований окружающей среды космоса и Земли (ISEE) при Университете Нагои в Японии.

Исследование Нандзё и Сиокавы предоставило первую визуализацию пространственной структуры сияний с преобладанием синего цвета во время шторма. Исследователи обнаружили, что сияния имели продольные структуры, которые были выровнены с линиями магнитного поля, впервые они были идентифицированы в низкоширотном сиянии с преобладанием синего цвета.

Они также обнаружили, что полярное сияние охватывало около 1200 км по долготе, состояло из трех отдельных структур и находилось на высоте от 400 до 900 км.

В этом исследовании также анализировалось сияние с преобладанием синего цвета, запечатленное другим фотографом. Автор: Mitsuhiro Ozaki

Открытия Нанджо и Сиокавы могут изменить наше понимание голубых полярных сияний. Кольцевой ток, область заряженных частиц в форме пончика, окружающая Землю, как полагают, является источником энергетически нейтральных атомов (ENA), которые производят низкоширотные полярные сияния, включая красные полярные сияния. Согласно этой модели, шторм, вероятно, активировал ENA, создав красочное световое шоу.

Однако открытия группы не могут быть легко объяснены этим механизмом. Как объясняет Сиокава: «В этом исследовании в сине-доминирующем полярном сиянии в продольном направлении была обнаружена структура размером в несколько сотен километров, которую трудно интерпретировать только по активности ENA. Кроме того, ENA вряд ли создают полярные сияния, выровненные с линиями магнитного поля, как это наблюдалось в этом исследовании».

Другая возможность заключалась в том, что полярное сияние было вызвано резонансным рассеянием молекулярных ионов азота, вызванным солнечным излучением. Однако исследование группы предполагает, что имел место другой процесс, поскольку солнечный свет достигал только 700 км, а не 400 км, как наблюдали исследователи.

Вместо этого их результаты могут указывать на интригующую возможность неопознанного процесса. «Наши результаты показывают, что молекулярные ионы азота могли ускориться вверх с помощью какого-то механизма и были ответственны за формирование сияния с преобладанием синего цвета», — сказал Сиокава.

«На сегодняшний день не совсем понятно, как молекулярные ионы азота с большой молекулярной массой могут существовать на таких больших высотах», — продолжил он. «Такие ионы не могут существовать в течение длительных периодов времени из-за своей большой массы и коротких интервалов времени диссоциативной рекомбинации; однако их наблюдают на больших высотах. Процесс окутан тайной».

В целом, повторные наблюдения за полярными сияниями с преобладанием синего цвета, например, замеченные в Японии, могут дать подсказки для понимания принципа, лежащего в основе обнаружения азота на этих высотах.

Поскольку процесс оттока молекулярных ионов азота в магнитосферу важен для понимания всех аспектов — от геомагнитных бурь до радиационной обстановки в космосе, эти результаты могут помочь нам понять процессы, происходящие в сотнях километров над нами.

Больше информации: Sota Nanjo et al, Spatial structures of blue low-latitude aurora observed from Japan during the extreme geomagnetic storm of May 2024, Earth, Planets and Space (2024). DOI: 10.1186/s40623-024-02090-9

Источник: Nagoya University