Går tillbaka till det första århundradet, vetenskapsmän, filosofer och reportrar har noterat att det ibland händer "ljusa nätter, "när ett oförklarat sken på natthimlen låter observatörer se avlägsna berg, läsa en tidning eller kolla deras klocka.

En ny studie godkänd för publicering i Geofysiska forskningsbrev , en tidskrift från American Geophysical Union, använder satellitdata för att presentera en möjlig förklaring till dessa förbryllande historiska fenomen.

Författarna föreslår att när vågor i den övre atmosfären konvergerar över specifika platser på jorden, det förstärker naturligt förekommande luftglöd, ett svagt ljus på natthimlen som ofta ser grönt ut på grund av aktiviteten hos syreatomer i den höga atmosfären. I vanliga fall, folk märker inte luftglöd, men på ljusa nätter kan det bli synligt för blotta ögat, producerar den oförklarade glöden som beskrivs i historiska observationer.

Få, om någon, människor observerar ljusa nätter längre på grund av utbredda ljusföroreningar, men de nya rönen visar att de kan upptäckas av forskare och fortfarande kan vara märkbara i avlägsna områden. Ljust luftglöd kan vara ett bekymmer för astronomer, som måste kämpa med det extra ljuset samtidigt som de gör observationer med teleskop.

"Ljusa nätter finns, och de är en del av variationen av luftglöd som kan observeras med satellitinstrument, sa Gordon Shepherd, en aeronom vid York University i Toronto, Kanada, och huvudförfattare till den nya studien.

Ett historiskt mysterium

Historiska berättelser om ljusa nätter går tillbaka århundraden. Plinius den äldre beskrev ljusa nätter, ordspråk, "Fenomenet som vanligtvis kallas 'nattsol', d.v.s. ett ljus som kommer från himlen under natten, har setts under konsulatet av C. Caecilius och Cn. Papirius (~ 113 f.Kr.), och många andra gånger, ger ett intryck av dag under natten."

Europeiska tidningar och den vetenskapliga litteraturen gjorde också observationer av dessa händelser 1783, 1908 och 1916.

"Det historiska dokumentet är så sammanhängande, gå tillbaka över århundraden, beskrivningarna är väldigt lika, " sa Shepherd.

Moderna observationer av ljusa nätter från jorden är praktiskt taget obefintliga. Till och med hängivna luftglödsforskare som Shepherd och hans kollegor har aldrig sett en riktig ljus natt med sina ögon. Men redan före tillkomsten av artificiell belysning, ljusa nätter var sällsynta och mycket lokaliserade.

"Ljusa nätter har försvunnit, "Shepherd sa. "Ingen ser dem, ingen pratar om dem eller spelar in dem längre, men de är fortfarande ett intressant fenomen."

Avvikelser i luftglöd

Shepherd kände till de historiska observationerna och kunde se ljusa natthändelser reflekterade i luftglödsdata från Wind Imaging Interferometer (WINDII), ett instrument som en gång bars av NASA:s Upper Atmosphere Research Satellite (1991-2005), men han kunde inte förklara varför fenomenet inträffade.

Han och hans medförfattare, Youngmin Cho, en forskarassistent vid York University, sökte efter mekanismer som skulle få luftglöd att öka till synliga nivåer på specifika platser.

Airglow kommer från utsläpp av olika färger av ljus från kemiska reaktioner i de övre delarna av atmosfären. Den gröna delen av luftglöd uppstår när ljus från solen delar isär molekylärt syre till individuella syreatomer. När atomerna kombineras igen, de avger överskottsenergin som fotoner i den gröna delen av det synliga ljusspektrumet, ger himlen en grönaktig ton.

För att hitta faktorer som skulle orsaka toppar i luftglöd och skapa ljusa nätter, forskarna sökte efter två års WINDII-data efter ovanliga luftglödsprofiler, utesluter meteorer och norrsken, som har sina egna distinkta signaturer. De identifierade 11 händelser där WINDII upptäckte en topp i luftglödsnivåer som skulle vara synlig för det mänskliga ögat, två av dem beskriver de i detalj i studien.

Till sist, forskarna matchade händelserna med zonvågornas upp- och nedgångar, stora vågor i den övre atmosfären som kretsar runt jordklotet och påverkas av vädret. När topparna för vissa vågor passade in, de producerade ljusa nattevenemang som kunde pågå i flera nätter på en specifik plats. Dessa händelser var fyra till tio gånger ljusare än normalt luftglöd och kan vara ansvariga för de ljusa nätterna som observerats genom historien.

"Denna [studie] är en mycket tydlig, nytt förhållningssätt till den gamla gåtan om vad som gör vissa natthimlar så anmärkningsvärt ljusa, och svaret är atmosfärisk dynamik, sa Jürgen Scheer, en aeronom vid Instituto de Astronomía y Física del Espacio i Buenos Aires, som inte var kopplad till studien. "Vi har nu en bra uppfattning om vilka dynamiska fenomen som ligger bakom [airglow] händelser med extrem ljusstyrka."

Iakttar en ljus natt

Från deras data, forskarna uppskattar att på en specifik plats, synliga ljusa nätter inträffar bara en gång per år, och deras observation skulle förlita sig på en himmelskådare som tittade från en avlägsen plats på en klar, månlös natt med mörkjusterade ögon. Shepherd uppskattar att en ljus natt inträffar någonstans på jorden, på olika longituder, på cirka 7 procent av nätterna.

Om en astronom personligen ville uppleva en ljus natt, Shepherd misstänker att forskare skulle kunna förutsäga deras förekomst om de övervakade vågorna kontinuerligt, så att de kunde beräkna när deras toppar skulle passa in.

Nästa utmaning blir att reproducera den observerade konvergensen av dessa vågor genom modellering och att överväga effekterna av andra typer av vågor i atmosfären, sa Scheer.

"Det kanske är en nästan död fråga, Sade Shepherd. Jag har sista ordet innan den dör.