Människor har tillbringat årtusenden i vördnad för det vackra norrskenet på natthimlen. Och medan vi förblev osäkra på vad som orsakar dem under en tid nu, har fysiker äntligen listat ut exakt hur fenomenet fungerar.
Enligt en ny artikel publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications börjar allt med solen. Närmare bestämt, när starka störningar på solen så ryck på jordens magnetfält. Våldsamma störningar, som massiva geomagnetiska stormar, är inte ovanliga och återverkningarna av dessa händelser kan sträcka sig bortom solen genom resten av vårt solsystem. Och för oss här på jorden ser vi vanligtvis detta manifesterat som norrsken.
Dessa starka störningar drar på vår planets magnetfält, liknande ett gummiband. När fältet snäpper tillbaka, finns det en rekyl som orsakar böljande krusningar – kallade Alfvén-vågor – som uppstår ungefär 80 000 miles över marken. Vågorna accelererar ju närmare de kommer jorden, tack vare planetens magnetiska drag. Ibland kommer elektroner att få ett lyft på dessa Alfvén-vågor och nå hastigheter så snabbt som 45 miljoner miles per timme när de rör sig genom rymden.
George Howes, University of Iowa docent i fysik och astronomi, sa "Det var typ av teoretisering att det är där energiutbytet sker. Men ingen hade någonsin kommit med en definitiv demonstration att Alfvén-vågorna faktiskt accelererar dessa elektroner under de lämpliga förhållanden som du har i rymden ovanför norrskenet."
Simon’s Passion 4 Travel/Shutterstock.com
"Tänk på att surfa", sa Jim Schroeder, biträdande fysikprofessor vid Wheaton College och artikelns huvudförfattare sa, "För att surfa måste du paddla upp till rätt hastighet för att en havsvåg ska kunna plocka upp dig och accelerera dig, och vi upptäckte att elektroner surfade. Om de rörde sig med rätt hastighet i förhållande till vågen, skulle de fångas upp och accelereras."
När dessa elektroner så småningom når jordens tunna övre atmosfär, kolliderar de med syre- och kvävemolekylerna. Detta skickar dem in i ett upphetsat tillstånd, men när de lugnar ner sig släpper de ljus – även kallat norrsken.
Austin Montelius/College of Liberal Arts and Sciences, University of Iowa
"Ingen hade faktiskt någonsin mätt det här mellan elektroner och Alfvén-vågor," sa Schroeder. Forskarna var glada över att äntligen kunna genomföra ett experiment som korrekt kunde testa deras aning om att Alfvén-vågorna påskyndar elektronerna.
Normalt skulle ett sådant experiment behöva utföras i en miljö som är så nära den äkta varan som möjligt; av uppenbara skäl är det dock omöjligt för forskare att testa saker igen i rymden, för att kontrollera solhändelser eller att ta hänsyn till andra faktorer i vårt solsystem. Istället använde forskare Large Plasma Device vid Basic Plasma Science Facility, som ligger vid University of California, Los Angeles för att återskapa interaktionen.
Forskarna tror att fynden sannolikt kommer att skapa en bredare förståelse för hur partiklar får energi och hur sådana solhändelser påverkar jorden och området runt den (inklusive våra många satelliter).
via NPR