Suns Twisted Magnetism Can Create Wonky Auroras

En aurora er en af ​​de smukkeste naturlige vidundere ved at leve på en planet med et globalt magnetfelt, og rumvejreksperter kommer tættere på at forstå et af fænomenets mysterier. Du ser, når en aurora lyser op på den nordlige halvkugle over Arktis, samme mønster bør udbrud i den sydlige halvkugles himmel over Antarktis. Men forskere bemærkede, at de to ikke stemte overens, efter at de havde sammenlignet samtidige billeder af nord- og sydururorerne i 2009.

Hvorfor ville vi forvente, at de i første omgang var symmetriske?

Sådan fungerer Auroras

Auroraen er en synlig påmindelse om det episke samspil mellem solens magnetfelt og Jordens globale magnetfelt, aka magnetosfæren. Solen pumper konstant enorme mængder energiserede partikler ud, såsom protoner, heliumkerner og spore tunge ioner. Sammen, disse partikler frigives til interplanetarisk rum, skylning over planeterne som solvinden.

Andre solfænomener, såsom koronale masseudstødninger (eller CME'er), bryde ud, sprængning af magnetiserede skyer af disse partikler i rummet ved høj hastighed. Solvinden, solblusser og CME'er, og de virkninger, de har på vores planet, er samlet kendt som "rumvejr." Alt dette rumvejr kan have kraftfulde virkninger på vores planet - og vores teknologi - når den støder på vores planets magnetosfære.

En sådan effekt er en geomagnetisk storm. Det kan ske, hvis solens magnetfelt interagerer med magnetosfæren på en bestemt måde, injicere magnetosfæren med solpartikler, der skaber auroras. Auroraer udvikler sig, når disse partikler følger vores planets magnetfelt til polerne, regner gennem atmosfæren. Afhængigt af hvilke atmosfæriske gasser de rammer, et smukt farverigt lysdisplay vil forekomme.

Nu, lad os træde tilbage og forestille os disse lærebogsdiagrammer over stangmagneter, med en nord (N) og syd (S) pol trykt i hver ende. De magnetfeltlinjer, de opretter, vil spore symmetriske sløjfer, der forbinder nord- og sydpolen. Dette er en forenkling af vores planets magnetfelt, men fysikken er den samme.

Lad os derefter placere vores planets forenklede magnetfelt i en jævn strøm af partikler fra solen. Denne strøm, aka solvinden, bærer det solmagnetiske felt - kendt som det interplanetære magnetfelt (eller IMF) - skaber pres på vores planets magnetosfære, fejer det tilbage. Dagsiden af ​​vores magnetosfære vil blive komprimeret, der henviser til, at magnetosfærens natside bliver forlænget, som en strakt vanddråbe. Hvis solvinden var stabil, der ville ikke ske meget; strømmen af ​​partikler ville strømme uventet over Jordens magnetosfære. Imidlertid, vi ved, at rumvejr er alt men stabil.

Når solen roterer, det vasker solvind med forskellige hastigheder over vores lokale rumkvarter, og udbrud som blus og CME'er kan skabe meget dramatiske og dynamiske ændringer i interplanetarisk rum. Hvis de magnetiske forhold er rigtige, solen kan kaste en boble af magnetiserede partikler på Jorden, der vil blive injiceret i magnetosfærens lag (forestiller sig lagene i magnetosfæren som lag af løgskind er ikke langt fra dens faktiske struktur). Disse partikler fejes derefter tilbage i halen på magnetosfæren (passende kaldet "magnetotail"), hvor de opbevares, indtil magnetotailen undergår genforbindelseshændelser, frigive tryk og tvinge de lagrede solpartikler til at strømme langs magnetfeltlinjerne til Jordens atmosfære. Magnetisk genforbindelse er et fænomen, hvor magnetfelter tvinges sammen, klik som elastik og forbind derefter igen, frigiver energi, sammen med en massiv bølge af partikler.

En asymmetrisk virkelighed

Alt andet lige, og husker vores enkle stangmagnetdiagram beskrevet tidligere, feltlinjerne, der fører til jordens nord- og sydpol, skal se ens ud, og lige store mængder partikler skulle regne ned i identiske mønstre over Arktis og Antarktis. Og det er her to nye og komplementære undersøgelser, udgivet i Journal of Geophysical Research:Space Physics og tidsskriftet Annales Geophysicae, kom ind.

I 2009, rumvejreksperter sammenlignede mønstre af auroras, der bryder ud under en geomagnetisk storm. Det, de så, var forvirrende; de skabte mønstre var forskellige steder og havde andre former end forudsagt. På det tidspunkt, de antog, at denne asymmetri var forårsaget af kompleksiteten af ​​genforbindelseshændelser i magnetstjernen, sender forskellige mængder ladede partikler til nord- og sydpolen, og dermed skabe uoverensstemmelse. Imidlertid, disse nye undersøgelser tyder på, at asymmetrien faktisk kan være forårsaget af IMF's orientering, der er indlejret i solvindens strømme, først møder vores planets magnetosfære - noget, som forskerne kalder "asymmetrisk geospace."

Forvirret? American Geophysical Union producerede en fremragende video, der forklarer dette:

Vi kan forestille os solens magnetfelt som en række linjer tilfældigt orienteret, vaske over jorden som overfladiske bølger ville skylle over en sten på en strand. Hvis de har en magnetisk nord-syd orientering, der matcher magnetosfærens nord-syd orientering, de vil forbinde til Jordens magnetfelt og feje tilbage, fusionerer med magnetstjernen, sammen med solvindpartiklerne, de indeholder. I dette tilfælde, magnethalen vil fremstå symmetrisk, og enhver genereret aurora vil også være symmetrisk. Mønstre matchede!

Men hvad nu hvis solens magnetfelt er orienteret øst-vest i forhold til Jordens nord-syd-felt? Ifølge disse nye undersøgelser, dette kan få magnethalen til at blive snoet og asymmetrisk. Som du sikkert kan gætte, dette vil have en effekt på de auraer, der produceres, kanalisere solpartiklerne i et asymmetrisk mønster og skabe asymmetriske auroras. Mønstre matcher ikke!

Over tid, efterhånden som mere og mere energi frigives via genforbindelse i magnetstjernen, det vil rydde op, og disse auroraer vender langsomt tilbage til deres symmetriske form. Dette er kontraintuitivt. Rumvejreksperter antog engang, at asymmetrien plejede at være forårsaget ved magnetisk genforbindelse. I virkeligheden, det ser ud til, at genforbindelse frigiver magnetisk tryk for at bringe auroraerne tilbage til symmetri.

Geomagnetiske storme kan generere kraftige elektriske forstyrrelser rundt om i verden, udløser strømafbrydelser og kommunikationsafbrydelser. I vores stadig mere teknologiske afhængige verden, forståelse af rumvejr er altafgørende, hvis vi præcist skal forudsige, og forberede sig på, virkningerne af det omtumlede miljø omkring vores nærmeste stjerne.