Menschen haben Jahrtausende in Ehrfurcht vor dem wunderschönen Nordlicht am Nachthimmel verbracht. Und während wir uns seit einiger Zeit nicht sicher waren, was sie verursacht, haben Physiker endlich herausgefunden, wie genau das Phänomen funktioniert.
Laut einem neuen Artikel, der im Wissenschaftsjournal Nature Communications veröffentlicht wurde, beginnt alles mit der Sonne. Genauer gesagt, wenn starke Störungen auf der Sonne dann am Erdmagnetfeld zerren. Heftige Störungen wie massive geomagnetische Stürme sind keine Seltenheit, und die Auswirkungen dieser Ereignisse können sich über die Sonne hinaus auf den Rest unseres Sonnensystems erstrecken. Und für uns hier auf der Erde sehen wir dies normalerweise als Polarlichter manifestiert.
Diese starken Störungen ziehen wie ein Gummiband am Magnetfeld unseres Planeten. Wenn das Feld zurückschnellt, gibt es einen Rückstoß, der wellige Wellen – sogenannte Alfvén-Wellen – verursacht, die ungefähr 80.000 Meilen über dem Boden auftreten. Die Wellen beschleunigen sich, je näher sie der Erde kommen, dank der magnetischen Anziehungskraft des Planeten. Gelegentlich werden Elektronen von diesen Alfvén-Wellen mitgenommen und erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 45 Millionen Meilen pro Stunde, wenn sie sich durch den Weltraum bewegen.
George Howes, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der Universität von Iowa, sagte: „Es wurde eine Art Theorie aufgestellt, dass dort der Energieaustausch stattfindet. Aber niemand hatte jemals einen endgültigen Beweis dafür geliefert, dass die Alfvén-Wellen diese Elektronen unter den entsprechenden Bedingungen, die Sie im Weltraum über der Aurora haben, tatsächlich beschleunigen.
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„Denken Sie ans Surfen”, sagte Jim Schroeder, Assistenzprofessor für Physik am Wheaton College und Hauptautor des Artikels, „um zu surfen, müssen Sie auf die richtige Geschwindigkeit paddeln, damit eine Meereswelle Sie mitnimmt und beschleunigt. und wir fanden heraus, dass Elektronen surften. Wenn sie sich relativ zur Welle mit der richtigen Geschwindigkeit bewegten, würden sie mitgenommen und beschleunigt werden.”
Wenn diese Elektronen schließlich die dünne obere Atmosphäre der Erde erreichen, kollidieren sie mit den Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen. Dies versetzt sie in einen aufgeregten Zustand, aber wenn sie sich beruhigen, setzen sie Licht frei – auch bekannt als Aurora.
Austin Montelius/College of Liberal Arts and Sciences, University of Iowa
„Niemand hatte das jemals zuvor zwischen Elektronen und Alfvén-Wellen gemessen”, sagte Schroeder. Die Wissenschaftler waren begeistert, endlich ein Experiment durchführen zu können, das ihre Vermutung über die Beschleunigung der Elektronen durch die Alfvén-Wellen richtig testen konnte.
Normalerweise müsste ein solches Experiment in einer möglichst realitätsnahen Umgebung durchgeführt werden; Aus offensichtlichen Gründen ist es Wissenschaftlern jedoch unmöglich, Dinge im Weltraum erneut zu testen, Sonnenereignisse zu kontrollieren oder andere Faktoren in unserem Sonnensystem zu berücksichtigen. Stattdessen verwendeten die Forscher das Large Plasma Device der Basic Plasma Science Facility, die sich an der University of California in Los Angeles befindet, um die Interaktion nachzubilden.
Die Forscher glauben, dass die Ergebnisse wahrscheinlich ein breiteres Verständnis dafür schaffen werden, wie Teilchen energetisiert werden und wie sich solche Sonnenereignisse auf die Erde und die Umgebung (einschließlich unserer vielen Satelliten) auswirken.
über NPR