Mysteriet med lilla lys på himlen løst med hjælp fra borgerforskere

Notanee Bourassa vidste, at det, han så på nattehimlen, ikke var normalt. Bourassa, en it -tekniker i Regina, Canada, vandrede uden for sit hjem den 25. juli, 2016, omkring midnat med sine to yngre børn for at vise dem et smukt bevægeligt lysdisplay på himlen - en aurora borealis. Han skynder ofte til de tidlige morgentimer for at fotografere auroraen med sit Nikon -kamera, men dette var hans første ekspedition med sine børn. Da et tyndt lilla bånd af lys dukkede op og begyndte at lyse, Bourassa knipsede straks billeder, indtil de lette partikler forsvandt 20 minutter senere. Efter at have set nordlyset i næsten 30 år siden han var teenager, han vidste, at dette ikke var en aurora. Det var noget andet.

Fra 2015 til 2016, borgerforskere - mennesker som Bourassa, der er begejstrede for et videnskabeligt felt, men ikke nødvendigvis har en formel uddannelsesbaggrund - delte 30 rapporter om disse mystiske lys i online fora og med et team af forskere, der driver et projekt kaldet Aurorasaurus. Det borgervidenskabelige projekt, finansieret af NASA og National Science Foundation, sporer aurora borealis gennem brugerindberettede rapporter og tweets.

Aurorasaurus -teamet, ledet af Liz MacDonald, en rumforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, givet til at bestemme identiteten af ​​dette mystiske fænomen. MacDonald og hendes kollega Eric Donovan ved University of Calgary i Canada talte med de vigtigste bidragydere til disse billeder, amatørfotografer i en Facebook -gruppe kaldet Alberta Aurora Chasers, som omfattede Bourassa og hovedadministrator Chris Ratzlaff. Ratzlaff gav fænomenet en sjov, nyt navn, Steve, og det sad fast.

Men folk vidste stadig ikke, hvad det var.

Videnskabsmænds forståelse af Steve ændrede sig den aften Bourassa knipsede hans billeder. Bourassa var ikke den eneste, der observerede Steve. Jordbaserede kameraer kaldet all-sky-kameraer, drevet af University of Calgary og University of California, Berkeley, tog billeder af store områder på himlen og fangede Steve og auroralskærmen langt mod nord. Fra rummet, ESA's (European Space Agency) sværmsatellit passerede tilfældigt over det nøjagtige område på samme tid og dokumenterede Steve.

For første gang, forskere havde udsigt til jorden og satellit af Steve. Forskere har nu lært, trods sit almindelige navn, at Steve kan være et ekstraordinært puslespil i at male et bedre billede af, hvordan Jordens magnetfelter fungerer og interagerer med ladede partikler i rummet. Resultaterne er offentliggjort i en undersøgelse offentliggjort i dag i Videnskab fremskridt .

"Dette er et lysdisplay, som vi kan observere over tusinder af kilometer fra jorden, "sagde MacDonald." Det svarer til, at der sker noget ude i rummet. Indsamling af flere datapunkter på STEVE hjælper os med at forstå mere om dets adfærd og dens indflydelse på rumvejr. "

Undersøgelsen fremhæver en nøglekvalitet hos Steve:Steve er ikke en normal aurora. Auroras forekommer globalt i en oval form, sidste timer og vises primært i greener, blues og rød. Borgervidenskabelige rapporter viste, at Steve er lilla med en grøn stakitstruktur, der bølger. Det er en linje med en begyndelse og slutning. Folk har observeret Steve i 20 minutter til 1 time, før det forsvinder.

Hvis noget, auroras og Steve er forskellige varianter af en is, sagde MacDonald. De skabes begge generelt på samme måde:Ladede partikler fra Solen interagerer med Jordens magnetfeltlinjer.

Det unikke ved Steve er i detaljerne. Mens Steve gennemgår den samme store skabelsesproces som en aurora, den bevæger sig langs forskellige magnetfeltlinjer end auroraen. All-sky-kameraer viste, at Steve optræder på meget lavere breddegrader. Det betyder, at de ladede partikler, der skaber Steve, forbinder til magnetfeltlinjer, der er tættere på Jordens ækvator, derfor ses Steve ofte i det sydlige Canada.

Måske dukkede den største overraskelse om Steve op i satellitdataene. Dataene viste, at Steve omfatter en hurtig bevægelse af ekstremt varme partikler kaldet en sub auroral ion drift, eller SAG. Forskere har studeret SAID'er siden 1970'erne, men vidste aldrig, at der var en ledsagende visuel effekt. Swarm -satellitten registrerede oplysninger om de ladede partiklers hastighed og temperaturer, men har ikke en billedkamera ombord.

"Folk har studeret mange SAID'er, men vi vidste aldrig, at det havde et synligt lys. Nu er vores kameraer følsomme nok til at opfange det, og folks øjne og intellekt var afgørende for at bemærke dets betydning, sagde Donovan, medforfatter af undersøgelsen. Donovan led the all-sky camera network and his Calgary colleagues lead the electric field instruments on the Swarm satellite.

Steve is an important discovery because of its location in the sub auroral zone, an area of lower latitude than where most auroras appear that is not well researched. For one, with this discovery, scientists now know there are unknown chemical processes taking place in the sub auroral zone that can lead to this light emission.

Second, Steve consistently appears in the presence of auroras, which usually occur at a higher latitude area called the auroral zone. That means there is something happening in near-Earth space that leads to both an aurora and Steve. Steve might be the only visual clue that exists to show a chemical or physical connection between the higher latitude auroral zone and lower latitude sub auroral zone, said MacDonald.

"Steve can help us understand how the chemical and physical processes in Earth's upper atmosphere can sometimes have local noticeable effects in lower parts of Earth's atmosphere, " said MacDonald. "This provides good insight on how Earth's system works as a whole."

The team can learn a lot about Steve with additional ground and satellite reports, but recording Steve from the ground and space simultaneously is a rare occurrence. Each Swarm satellite orbits Earth every 90 minutes and Steve only lasts up to an hour in a specific area. If the satellite misses Steve as it circles Earth, Steve will probably be gone by the time that same satellite crosses the spot again.

In the end, capturing Steve becomes a game of perseverance and probability.

"It is my hope that with our timely reporting of sightings, researchers can study the data so we can together unravel the mystery of Steve's origin, creation, physics and sporadic nature, " said Bourassa. "This is exciting because the more I learn about it, the more questions I have."

As for the name "Steve" given by the citizen scientists? The team is keeping it as an homage to its initial name and discoverers. But now it is STEVE, short for Strong Thermal Emission Velocity Enhancement.