Studiet præsenterer overraskende forklaringer på forskelle i syd- og nordlys

I mange år, videnskabsmænd antog, at nordlys set omkring nordpolen var identisk med nordlys set omkring sydpolen. Polerne er forbundet med magnetiske feltlinjer, og nordlysskærme er forårsaget af ladede partikler, der strømmer langs disse feltlinjer. Fordi de ladede partikler følger disse feltlinjer, det ville give mening, at nordlys ville være spejlbilleder af hinanden.

Imidlertid, i 2009, Forskere opdagede, at nordlys kan se forskelligt ud omkring nordpolen og sydpolen, herunder have forskellige former og forekommende på forskellige steder - et fænomen kaldet asymmetri.

Nu, en ny undersøgelse i Journal of Geophysical Research :Rumfysik, en publikation af American Geophysical Union, forklarer, hvordan denne asymmetri opstår og forårsager forskellene i nordlysskærme nær Jordens poler. Den nye forskning finder ud af, at forskellene i nordlys sandsynligvis er forårsaget af klemning af Jordens magnetohale - en magnetisk hale, der strækker sig væk fra vores planet - af solvinden og Solens magnetfelt.

Når solens magnetfelt, der ankommer til Jorden, peger i en øst-vestlig retning, den interagerer forskelligt med Jordens magnetfelt i nord og i syd. Dette fører til asymmetrisk trykbelastning på Jordens magnetfelt og introducerer en hældning i Jordens magnetfelt på Jordens natside. Hældningen forklarer, hvorfor nordlys nogle gange kan have forskellige former og forekomme forskellige steder i de to polare områder.

Det nye fund er i modstrid med tidligere teorier om asymmetri, hvilket antydede, at det var forårsaget af, at magnetiske feltlinjer blev trukket fra hinanden og genforbindelsen i Jordens magnetiske hale, en proces kaldet halegenforbindelse. Den nye undersøgelse viser, at faktisk, halegenforbindelse reducerer denne asymmetri.

"Grunden til, at dette er spændende, er, at vi tidligere har troet, at asymmetrien i systemet kommer ind i magnetosfæren ved en mekanisme kaldet halegenforbindelse, sagde Anders Ohma, en ph.d. kandidat ved Universitetet i Bergen i Norge, og hovedforfatter af den nye undersøgelse. "Hvad dette papir viser, er, at det er muligt, at det faktisk er det modsatte:Denne genforbindelse i magnetohalen reducerer faktisk asymmetrien."

Ikke alene forklarer den nye forskning, hvorfor nord- og sydlys ser anderledes ud på nattehimlen, men det hjælper også videnskabsmænd med bedre at forstå interaktioner mellem Jorden og Solen. Denne viden er vigtig for nøjagtigt at forudsige placeringen og timingen af ​​rumvejrhændelser, som kan skabe kaos for vores elnet, satellitter og astronauter i rummet.

En relateret artikel i bladet Annales Geophysicae beskriver asymmetrien set under en geomagnetisk storm i august 2001, og demonstrerer vigtigheden af ​​at overveje geospace, eller samspillet mellem Solen og Jorden, som et asymmetrisk system.

"Uden at inkludere disse asymmetrier vil vores forståelse af Sol-Jord-systemet være langt fra komplet, og modeller vil ikke være i stand til nøjagtigt at forudsige placeringen og timingen af ​​georumfænomener, sagde Nikolai Østgaard, professor og leder af Birkeland Center for Space Science ved Universitetet i Bergen i Norge, og hovedforfatter af undersøgelsen i Annales Geophysicae .

Generering af nordlys

Jordens kerne genererer et magnetfelt, der strækker sig ud i det ydre rum omkring vores planet, danner et magnetisk skjold kaldet magnetosfæren, der beskytter Jorden mod ladede partikler, der kommer ud af Solen. Solen udsender sit eget magnetfelt, kaldet det interplanetariske magnetfelt, eller IMF, som bæres af solvinden og interagerer med Jordens magnetfelt.

Under visse forhold, på jordens dagside, Solens interplanetariske magnetfeltlinjer og Jordens magnetfeltlinjer kan rives fra hinanden og krydse, forbinder Jordens magnetfelt med IMF. Solvinden, der strømmer fra Solen, flytter disse krydsede feltlinjer til Jordens natside og strækker den til en hale - kaldet magnetohale - der strækker sig væk fra Jorden.

Til sidst, disse krydsede feltlinjer trækkes fra hinanden, og Jordens feltlinjer forbindes igen med Jordens feltlinjer, og IMF-feltlinjerne genforenes med IMF-feltlinjer. Når feltlinjerne er lukket, de snapper tilbage mod Jorden, accelererer partikler i nærheden og forårsager nordlys i Jordens øvre atmosfære.

Fordi disse feltlinjer muligvis ikke er de feltlinjer, der oprindeligt var forbundet med hinanden, videnskabsmænd mente, at disse nye feltlinjer måske ikke er symmetrisk justeret, og kunne snoes og forbindes tilbage til Jorden forskellige steder på den nordlige og sydlige halvkugle. De troede, at det var denne haleforbindelse, der forårsagede forskellene i nordlys på den nordlige og sydlige halvkugle.

Men, den nye forskning viser, at dette ikke er tilfældet. Den nye undersøgelse undersøgte flere billeder af asymmetriske nordlys på den nordlige og sydlige halvkugle på samme tid, og hvordan disse nordlys udviklede sig over tid, så de kunne se det samme fænomen ske igen og igen. Så relaterede de det til aktivitet i magnetohale.

Den nye undersøgelse viser auroral asymmetri reduceres, efterhånden som halegenopkoblingen skrider frem. Yderligere, asymmetrien fortsætter, selvom der sker lidt eller ingen genforbindelse. Så, den nye undersøgelse viser, halegenopkobling er ikke ansvarlig for asymmetrien.

I stedet, den nye forskning finder ud af, at det er forskelle i tryk, der udøves på magnetohale, der forårsager disse aurorale forskelle. Magnetohalen bliver konstant klemt af solvinden og IMF, og det er denne uensartede klemning på den fra forskellige retninger, der forårsager forskellene i nordlysskærme ved de to poler. Klemningen afhænger af IMF's orientering.

"Dette studie forklarer både, hvordan asymmetrier skabes, og hvordan det fjernes, og det er stik modsat, hvad jeg og mange forskere har troet, " sagde Mike Liemohn, chefredaktør for JGR-Rumfysik . "Derfor, dette resultat er en slags big deal."