• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Geologi
    Suns Twisted Magnetism kan skapa Wonky Auroras
    Norrskenet lyser upp Alaskas natthimmel den 16 februari, 2017. På bilden visas Poker Flat Research Range norr om Fairbanks. NASA/Terry Zaperach

    En aurora rankas som ett av de vackraste naturliga underverken på att leva på en planet med ett globalt magnetfält, och rymdvädersexperter kommer allt närmare att förstå ett av fenomenets mysterier. Du ser, när en aurora lyser upp norra halvklotets himmel över Arktis, samma mönster skall utbrott på södra halvklotets himmel över Antarktis. Men forskare märkte att de två inte matchade efter att de jämförde samtidiga bilder av norra och södra auroror 2009.

    Varför skulle vi förvänta oss att de skulle vara symmetriska i första hand?

    Hur Auroras fungerar

    Aurora är en synlig påminnelse om det episka samspelet mellan solens magnetfält och jordens globala magnetfält, aka magnetosfären. Solen pumpar hela tiden ut massiva mängder energipartiklar, som protoner, heliumkärnor och spårar tunga joner. Tillsammans, dessa partiklar släpps ut i det interplanetära rummet, tvätta över planeterna som solvinden.

    Andra solfenomen, såsom koronala massutstötningar (eller CME), få ett utbrott, spränga magnetiserade moln av dessa partiklar i rymden med hög hastighet. Solvinden, solfacklor och CME, och effekterna de har på vår planet, är gemensamt kända som "rymdväder". Allt detta rymdväder kan ha kraftfulla effekter på vår planet - och vår teknik - när den väl möter vår planets magnetosfär.

    En sådan effekt är en geomagnetisk storm. Det kan hända om solens magnetfält interagerar med magnetosfären på ett visst sätt, injicera magnetosfären med solpartiklar som skapar auroror. Auroror utvecklas när dessa partiklar följer vår planets magnetfält till polerna, regnar genom atmosfären. Beroende på vilka atmosfäriska gaser de träffar, en vackert färgglad ljusdisplay visas.

    Nu, låt oss gå tillbaka och föreställa oss dessa läroboksscheman över stapelmagneter, med en norr (N) och syd (S) stolpe tryckt i varje ände. De magnetfältlinjer de skapar kommer att spåra symmetriska slingor som förbinder nord- och sydpolen. Detta är en förenkling av vår planets magnetfält, men fysiken är densamma.

    Låt oss sedan placera vår planets förenklade magnetfält i en stadig ström av partiklar från solen. Denna ström, aka solvinden, bär det solmagnetiska fältet - känt som det interplanetära magnetfältet (eller IMF) - skapar tryck på vår planets magnetosfär, sveper tillbaka den. Dagsidan av vår magnetosfär kommer att komprimeras, medan magnetosfärens nätsida blir långsträckt, som en sträckt vattendroppe. Om solvinden var stabil, inte mycket skulle hända; strömmen av partiklar skulle flöda oavbrutet över jordens magnetosfär. Dock, vi vet att rymdväder är vad som helst men stadig.

    Illustration av jordens magnetosfär NASA/Goddard/Aaron Kaase

    När solen roterar, det tvättar solvindar med olika hastigheter över vårt lokala rymdområde, och utbrott som bloss och CME kan skapa mycket dramatiska och dynamiska förändringar i det interplanetära rummet. Om de magnetiska förhållandena är rätt, solen kan slänga en bubbla av magnetiserade partiklar på jorden som kommer att injiceras i magnetosfärens lager (föreställer sig magnetosfärens lager som lager av lökhud är inte långt från dess faktiska struktur). Dessa partiklar sveps sedan tillbaka in i magnetosfärens svans (lämpligen benämnd "magnetotail") där de lagras tills magnetstjärtan genomgår återanslutningshändelser, släpper ut tryck och tvingar de lagrade solpartiklarna att flöda längs magnetfältlinjerna till jordens atmosfär. Magnetisk återanslutning är ett fenomen där magnetfält tvingas samman, knäpp som elastisk och anslut sedan igen, släpper ut energi, tillsammans med en massiv ökning av partiklar.

    En asymmetrisk verklighet

    Allt annat lika, och kommer ihåg vårt enkla stångmagnetdiagram som beskrivits tidigare, fältlinjerna som leder till jordens nord- och sydpol ska se likadana ut, och lika mycket partiklar bör regna ner i identiska mönster över Arktis och Antarktis. Och det är här två nya och kompletterande studier, publicerad i Journal of Geophysical Research:Space Physics och tidskriften Annales Geophysicae, kom in.

    År 2009, rymdväderexperter jämförde mönstren för auroror som utbröt under en geomagnetisk storm. Det de såg var förvirrande; mönstren som skapades fanns på olika platser och hade andra former än förutspått. Just då, de antog att denna asymmetri orsakades av komplexiteten i återanslutningshändelser i magnetstjärtan, sänder olika mängder laddade partiklar till nord- och sydpolen, vilket skapar en felaktig överensstämmelse. Dock, dessa nya studier tyder på att asymmetrin faktiskt kan orsakas av orienteringen av IMF inbäddad i solvindens strömmar först möter vår planets magnetosfär - något som forskarna kallar "asymmetrisk geospace".

    Förvirrad? American Geophysical Union tog fram en utmärkt video som förklarar detta:

    Vi kan föreställa oss solens magnetfält som en serie linjer slumpmässigt orienterade, tvätta över jorden som grunda vågor skulle skölja över en sten på en strand. Om de har en magnetisk nord-syd-orientering som matchar magnetosfärens nord-syd-orientering, de kommer att ansluta till jordens magnetfält och svepa tillbaka, sammanslagning med magnetstjärtan, tillsammans med solvindpartiklarna som de innehåller. I detta fall, magnetsvansen kommer att se symmetrisk ut, och alla auroror som genereras kommer också att vara symmetriska. Mönster matchade!

    Men vad händer om solens magnetfält är orienterat öst-väst i förhållande till jordens nord-syd fält? Enligt dessa nya studier, detta kan få magnetstjärtan att bli vriden och asymmetrisk. Som ni säkert kan gissa, detta kommer att påverka de auroror som produceras, kanalisera solpartiklarna i ett asymmetriskt mönster och skapa asymmetriska auroror. Mönster matchar inte!

    Över tid, eftersom allt mer energi frigörs via återanslutning i magnetstjärtan, det kommer att vrida sig och dessa auroror kommer långsamt tillbaka till sin symmetriska form. Detta är kontraintuitivt. Rymdväderexperter antog en gång att asymmetrin brukade vara orsakade genom magnetisk återanslutning. I verkligheten, det verkar som om återanslutning frigör magnetiskt tryck för att återföra aurororna till symmetri.

    Nu är det intressant

    Geomagnetiska stormar kan generera kraftfulla elektriska störningar runt om i världen, utlösa strömavbrott och kommunikationsavbrott. I vår allt mer teknikberoende värld, att förstå rymdväder är av största vikt om vi exakt ska förutsäga, och förbereda dig för, effekterna av den omtumlande miljön som omger vår närmaste stjärna.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com