De imponerande norrsken som ses på jorden, kända som norr- och södersken, har varit en källa till fascination i århundraden. Mellan den 10 och 12 maj 2024 påminde den mest kraftfulla norrskenshändelsen på 21 år oss om den fantastiska skönheten i dessa himmelska ljusshower.
Nyligen har rymdfysiker från Institutionen för geovetenskaper vid University of Hong Kong (HKU), inklusive professor Binzheng Zhang, professor Zhonghua Yao och Dr Junjie Chen, tillsammans med sina internationella medarbetare, publicerat en artikel i Nature Astronomy som utforskar de grundläggande lagarna som styr de olika norrsken som observeras över planeter, såsom jorden, Jupiter och Saturnus.
Detta arbete ger nya insikter i interaktionen mellan planetariska magnetfält och solvind, och uppdaterar lärobokens bild av gigantiska planetariska magnetosfärer. Deras resultat kan förbättra rymdväderprognoser, vägleda framtida planetarisk utforskning och inspirera till ytterligare jämförande studier av magnetosfäriska miljöer.
Jorden, Saturnus och Jupiter genererar alla sina egna dipolliknande magnetfält, vilket resulterar i trattformad magnetisk geometri som leder till att rymdens energiska elektroner fälls ut i polära områden och orsakar polära norrskensutsläpp.
Ändå skiljer sig de tre planeterna åt i många aspekter, inklusive deras magnetiska styrka, rotationshastighet, solvindstillstånd, månaktiviteter, etc. Det är oklart hur dessa olika förhållanden är relaterade till de olika norrskensstrukturerna som har observerats på dessa planeter i decennier.
Med hjälp av tredimensionella magnetohydrodynamiska beräkningar, som modellerar den kopplade dynamiken hos elektriskt ledande vätskor och elektromagnetiska fält, bedömde forskargruppen den relativa betydelsen av dessa förhållanden för att kontrollera den huvudsakliga norrskensmorfologin på en planet.
Genom att kombinera solvindförhållanden och planetrotation definierade de en ny parameter som styr den huvudsakliga norrskensstrukturen, som för första gången på ett bra sätt förklarar de olika norrskensstrukturerna som observerats på jorden, Saturnus och Jupiter.
Stjärnvindarnas interaktion med planetariska magnetfält är en grundläggande process i universum. Forskningen kan användas för att förstå rymdmiljöerna för Uranus, Neptunus och till och med exoplaneter.
"Vår studie har avslöjat det komplexa samspelet mellan solvind och planetrotation, vilket ger en djupare förståelse av norrsken över olika planeter. Dessa fynd kommer inte bara att förbättra vår kunskap om norrskenet i vårt solsystem utan även potentiellt sträcka sig till studiet av norrsken i vårt solsystem. exoplanetära system", säger professor Binzheng Zhang, huvudforskare och den första författaren till projektet.
"Vi har lärt oss att norrskenet på jorden och Jupiter är olika sedan 1979. Det är en stor överraskning att de kan förklaras av ett enhetligt ramverk", tillade professor Denis Grodent, chef för STAR-institutet vid universitetet i Liège och med- författare till projektet.
Genom att främja vår grundläggande förståelse för hur planetariska magnetfält interagerar med solvinden för att driva norrskensskärmar, har denna forskning viktiga praktiska tillämpningar för att övervaka, förutsäga och utforska de magnetiska miljöerna i solsystemet.
Den här studien representerar också en viktig milstolpe när det gäller att förstå norrskensmönster över planeter som fördjupar vår kunskap om olika planetariska rymdmiljöer, vilket banar väg för framtida forskning om de fascinerande himmelska ljusshowerna som fortsätter att fånga vår fantasi.
