En kritisk ingrediens för auroror finns mycket högre i rymden än man tidigare trott, enligt ny forskning i tidskriften Vetenskapliga rapporter . De bländande ljusskärmarna i de polära natthimlen kräver en elektrisk accelerator för att driva laddade partiklar ner genom atmosfären. Forskare vid Nagoya University och kollegor i Japan, Taiwan och USA har funnit att det finns över 30, 000 kilometer över jordens yta - ger insikt inte bara om jorden, men också andra planeter.

Berättelsen om aurorabildning börjar med supersonisk plasma som drivs från solen till rymden som höghastighets, laddade partiklar. När dessa laddade partiklar kommer nära jorden, de avböjs och trattas i strömmar längs planetens magnetfältlinjer, rinner så småningom mot polerna.

"De flesta elektroner i magnetosfären når inte den del av den övre atmosfären som kallas jonosfären, eftersom de avvisas av jordens magnetfält, "förklarar Shun Imajo vid Nagoya University's Institute for Space-Earth Environmental Research, studiens första författare.

Men vissa partiklar får en boost av energi, accelerera dem till jordens övre atmosfär där de kolliderar med och exciterar syre- och kväveatomer på en höjd av cirka 100 kilometer. När dessa atomer slappnar av från sitt excitationstillstånd, de avger norrsken. Fortfarande, många detaljer om denna process förblir ett mysterium.

"Vi vet inte alla detaljer om hur det elektriska fältet som accelererar elektroner in i jonosfären genereras eller ens hur högt över jorden det är, "Säger Imajo.

Forskare hade antagit att elektronacceleration skedde på höjder mellan 1, 000 och 20, 000 kilometer över jorden. Denna nya forskning avslöjade att accelerationsregionen sträcker sig utöver 30, 000 kilometer.

"Vår studie visar att det elektriska fältet som accelererar aurorala partiklar kan existera på vilken höjd som helst längs en magnetfältlinje och inte är begränsat till övergångsområdet mellan jonosfären och magnetosfären vid flera tusen kilometer, "säger Imajo." Detta tyder på att okända magnetosfäriska mekanismer spelar in. "

Teamet nådde detta resultat genom att undersöka data från markbaserade bildare i USA och Kanada och från elektrondetektorn på Arase, en japansk satellit som studerar ett strålningsbälte i jordens inre magnetosfär. Uppgifterna togs från den 15 september 2017 när Arase var cirka 30, 000 kilometer höjd och ligger i en tunn aktiv auroralbåge i flera minuter. Teamet kunde mäta uppåt och nedåtgående rörelser av elektroner och protoner, slutligen att hitta accelerationsområdet för elektroner började ovanför satelliten och sträckte sig under den.

För att ytterligare undersöka denna så kallade accelerationsregion på mycket hög höjd, teamet syftar sedan till att analysera data från flera aurorahändelser, jämföra observationer på hög höjd och låg höjd, och genomföra numeriska simuleringar av elektrisk potential.

"Att förstå hur detta elektriska fält bildar kommer att fylla i luckor för att förstå norrskenemission och elektrontransport på jorden och andra planeter, inklusive Jupiter och Saturnus, "Säger Imajo.