Astronomija

Dėl ko kitų planetų aurora turi skirtingas spalvas?

Dėl ko kitų planetų aurora turi skirtingas spalvas?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Viskas, ką galėčiau sugalvoti, tai priklauso nuo planetos atmosferos sudėties, nes jos sąveikaus su įkrautomis saulės dalelėmis, kurios gali būti teisingos, tačiau ar yra aiški priežastis, lemianti skirtingas kitų pasaulių aurorų spalvas (Saturno mėlynoji aurora) pavyzdžiui)?


Galų gale jūs esate teisus. Tačiau taip pat gali būti tam tikras paaiškinimas: kokia mėlyna Saturno aurora turite omenyje? Labiausiai žinomi Saturno, kaip šis, auroriniai vaizdai nėra tikroji spalva vaizdai. Tai yra tai, ką matome nuotraukoje, nėra tai, ką matytumėte plika akimi; vietoj to nuotrauka buvo patobulinta, norint pabrėžti ką nors įdomaus, šiuo atveju - aurorą. Iš tikrųjų ta graži mėlyna spalva, kurią matote paveikslėlyje, nėra net mūsų akimis matoma šviesa. Tai UV spinduliai, kurie mums būtų visiškai nematomi. Žmonės, dirbantys su specializuotos kameros paimtais duomenimis, turi suteikti UV šviesai matomą spalvą, kitaip mes jos visai nematysime. Man žinomi Saturno auroros vaizdai buvo modifikuoti tokiu būdu.

Tačiau pačios auroros yra įkrautų dalelių, besiskleidžiančių po planetos magnetinį lauką ir patekusios į planetos atmosferą, rezultatas. Žemėje aurora atsiranda dėl to, kad atmosferos atomai dėl šių susidūrimų gauna energiją, o tada, kai jie išjungia energiją, skleidžia šviesą. Čia atmosferos deguonis ir azotas yra atsakingi už auroros šviesą (pirmiausia žaliuoja deguonis, bet raudonuoja didesniame aukštyje nuo deguonies ir retkarčiais - mėlyną nuo azoto). Kitų planetų atmosferoje, kurioje vyrauja skirtingi atomai ir molekulės, reakcijos bus skirtingos, o skleidžiamos šviesos bangos ilgiai taip pat bus skirtingi. Pavyzdžiui, Saturno aurora atsiranda dėl įjungtų H2 molekulių. Jupiteryje gali būti pačios krentančios dalelės (siera ir deguonis), kurios yra atsakingos už auroralinę emisiją.


Auroros spalvos

Įvairiaspalvė aurora virš Klondike Gold Rush nacionalinio istorinio parko netoli Baltosios perėjos Pietryčių Aliaskoje. 2 pav. Žalios užuolaidos ir spinduliai virš Brookso kalno ir Arkties nacionalinio parko vartų.

Aurora šimtmečius žavėjo stebėtojus didelėse platumose, tačiau tik neseniai mes pradėjome suprasti procesus, kurie ją sukelia. Šiame straipsnyje aptariami mechanizmai, atsakingi už auroros spalvas. Spalvų balanso stebėjimas auroroje gali suteikti mums informacijos apie fizinius procesus artimoje Žemės erdvėje, kurie sukelia aurorą. Didelės skiriamosios gebos spektriniai stebėjimai leidžia suprasti, kaip viršutinė atmosferos dalis yra paveikta auroros

Trumpa Auroros supratimo istorija

Auroros arba šiaurės pašvaistės aprašymai siekia jau rašytinę istoriją. Prieš 2300 metų Aristotelis danguje pamatė šviesos užuolaidas ir reiškinius pavadino „chasmata“, nurodydamas, kad priežastis yra dangaus įtrūkimai, leidžiantys šviesą iš dangaus sferos. Savo knygoje „Majestic Lights“, Eather (1980) pateikia keletą Biblijos citatų, kurios greičiausiai nurodo aurorą.

Pirmą kartą užfiksuotas žodžių „šiaurės žiburiai“ naudojimas aprašant aurorą buvo knygoje „Karaliaus veidrodis“ 1230 m. Autorius parašė knygą norėdamas paruošti Norvegijos karalių Magnusą Lagabøte valdovo pareigoms.

3 paveikslas. Mažos apimties auroros struktūra rodo kaip plonas užuolaidas ir mažus spindulius bei garbanas virš Fairbanks, Aliaska. Ši struktūra yra susijusi su ausies pagreičio procesu tiesiai virš atmosferos.

Terminas „aurora borealis“ atsirado 1600-aisiais, kai Galilėjus sujungė žodį „aurora“, lotynišką žodį „aušra“, su terminu „boreal“, graikiškai - „šiaurė“. Aurora taip pat pasirodo pietiniame pusrutulyje, kur ji vadinama „aurora australis“. Kadangi aukštose pietų platumose yra labai mažai apgyvendintos sausumos, nėra jokių žinomų istorinių ir mitologinių nuorodų į pietinę aurorą. Nors vietiniai gyventojai iš Naujosios Zelandijos retkarčiais turėjo matyti aurorą, kapitonas Cookas yra laikomas „aurora australis“ atradėju, kurį jis pamatė 1773 metais kelionėje po Pietų Amerikos pietų galą.

Vidurinėse platumose žmonės retai mato šiaurės pašvaistę. Didžiausių magnetinių audrų metu „Aurora“ matoma vidutinėse platumose, tačiau joje vyrauja raudonos spalvos. Senovėje, kai aurora pasirodė virš galvos, žmonės dažnai siejo ją su gerais ar blogais ženklais ir kartais tai laikė dangiškųjų dvasių ar dievų veiklos apraiška. Žmonės, gyvenę didelėje platumoje ir reguliariai rodantys aurorą, laikėsi panašių įsitikinimų.

4 pav. Didelio masto auroros struktūra rodo didelius klostes ir lygiagrečias užuolaidas virš Arkties nacionalinio parko ir draustinio vartų. Ši struktūra atspindi procesus magnetosferoje, kur didelės srovės transportuoja energiją į ausies sritį.

Viduramžiais mokslininkai pateikė kitų spėjimų, kas slypi už šiaurės pašvaistės: jie teigė, kad auroros šviesa yra saulės šviesa, kurią atspindi ledo kristalai ore, ledyno ledo švytėjimas šalia stulpo arba šviesa sklindantis iš Žemės krašto. XVIII amžiuje mokslininkai atrado ryšį tarp auroros ir Žemės magnetinio lauko sutrikimų bei susiejo aurorą su saulės dėmėmis. Tačiau prireikė iki XX a. Pabaigos, kol atsirado patenkinamas auroros, jos spalvų ir už jos esančių mechanizmų paaiškinimas.

5 pav. Kelios lygiagrečios užuolaidos, esančios virš Rokio upelio Denali nacionaliniame parke ir draustinyje. Dešiniajame apatiniame dešiniajame kampe atkreipkite dėmesį į kometą Hale-Bopp.

„Aurora“ sukeliantys procesai

Auroros šviesą generuoja oro atomai ir molekulės, kai į jas patenka energinės dalelės iš kosmoso. Šios energinės dalelės kyla iš erdvės, esančios tiesiai virš auroros, tūrio ir jas pagreitina plazmos fizikos procesai, kurie vis dar tiriami. Bet mes gana gerai suprantame bendruosius procesus ir energijos srautus, kurie maitina šiuos procesus. Mes galime modeliuoti aurorą ir dabar įgauname supratimą prognozuoti jos išvaizdą (Lummerzheim 2007).

Įkrautos dalelės, kaip ir tos, kurios sukelia aurorą, paprastai gali judėti tik magnetinio lauko kryptimi. Tai suformuoja aurorą į užuolaidas ir panašias į spindulius (2 paveikslas). Stebėdami magnetinį lauką nuo auroros, mes patekame į ausies pagreičio sritį, maždaug 620–6200 mylių (1 000–10 000 km) virš žemės. Mažesnės apimties struktūros, tokios kaip spinduliai, mažos garbanos ir plonos užuolaidos, parodytos 3 paveiksle, rodo pagreičio procesų struktūras. Šis regionas yra sujungtas su išorine magnetosfera elektros srovėmis. Didelio masto konstrukcijos, pavyzdžiui, kelios lygiagrečios lankos (4-5 paveikslai) ir spiralės, užpildančios beveik visą dangų (6 paveikslas) parodyti šių srovių erdvinį modelį. Magnetosfera yra kosmoso sritis aplink Žemę, kurią valdo Žemės magnetinis laukas. Jo skersmuo yra apie 30 Žemės spindulių, o už magnetosferos ribų yra saulės vėjas. Magnetosfera sudaro kliūtį saulės vėjui, kuris turi tekėti aplink jį. Ši saulės vėjo sąveika su magnetosfera suteikia energijos, kuri ilgainiui pagreitina vidinės magnetosferos ausies elektronus. Dėl stipraus saulės aktyvumo saulės vėjo šalutiniai šio kosminio oro šalutiniai produktai yra geomagnetinės audros ir aurora.

6 paveikslas. Didžiulė spiralė, užpildanti didelę dangaus dalį šioje ekstremalioje plačiakampėje nuotraukoje iš Ester Dome netoli Fairbanks, Aliaska.

Šviesos spinduliavimas Auroroje

Kai energetiniai elektronai smogia atomui ar molekulei, jie sulėtėja ir dalį energijos perduoda tam atomui ar molekulei. Molekulės gali saugoti šią energiją tik labai trumpą laiką, o paskui spinduliuoja energiją kaip šviesą. Kai kurios molekulės šiame procese išsiskiria į atomus, o kai kurios molekulės ir atomai jonizuojasi. Aukštyje, kur atsiranda aurora, virš maždaug 100 mylių (62 mylių), oras yra pakankamai plonas, kad deguonis galėtų egzistuoti atomine forma, o ore, kuriuo kvėpuojame, yra tik molekulinis deguonis. Dienos metu ultravioletiniai saulės spinduliai molekulinį deguonį suskaldo į atomus, o naktį aurora tęsia šį procesą.

Kai atomas ar molekulė skleidžia šviesą kaip fotoną, kad atsikratytų energijos pertekliaus, tas fotonas turi tam atomui būdingą bangos ilgį. Mes suvokiame bangos ilgį kaip spalvą. Laboratoriniai eksperimentai gali atkurti šiuos šviesą skleidžiančius procesus verčiant srovę per evakuotą stiklinį vamzdelį, kuriame yra nedidelis kiekis pasirinktų dujų. Šių šviesą skleidžiančių procesų tyrimas leido suprasti atomus XX amžiaus pradžioje ir atrasti kvantinę mechaniką. Kadangi kiekvienas atomo ar molekulės tipas skleidžia tik jam būdingas spalvas, galime naudoti auroros spalvas, kad nustatytume atmosferos kompoziciją aušros aukštyje.

7 paveikslas. Šiame žuvų akies vaizde, esančiame beveik visame danguje virš Fairbankso, Aliaskoje, intensyvi aurora žemiau žalių užuolaidų sukuria purpurinę sieną. Atkreipkite dėmesį į „Big Dipper“ netoli zenito.

Laikas, per kurį molekulė ar atomas gali sukaupti susidūrimo metu įgytą energiją, yra labai trumpas, paprastai nuo 1/1000 iki mažiau nei 1/1 000 000 sekundės. Atominis deguonis yra viena reikšmingų išimčių, o sužadintos būsenos, sukeliančios dažniausiai pasitaikančią aurorinę emisiją - žalią liniją, gyvenimo trukmė yra 0,7 sekundės. Kai sužadintas atomas užtrunka tiek laiko, kad išsklaidytų viduje sukauptą energiją, kiti procesai, cheminės reakcijos ar susidūrimai konkuruoja su radiacijos procesu dėl tos energijos. Kuo tankesnis oras, tuo dažniau susiduriama tarp atomų ir molekulių. Žemiau maždaug 59 mylių (95 km) aukščio susidūrimai yra tokie dažni, kad žaliosios deguonies linija neturi galimybės išsiskirti. Visa energija, kuri dedama į deguonies atomą, prarandama, kol 0,7 sekundės gyvenimo trukmė neleidžia spinduliuoti. Tai lemia apatinį žaliosios emisijos kraštą auroroje.

8 pav. Didelės energijos auroriniai elektronai virš Fairbanks, Aliaska prasiskverbia pakankamai giliai, kad sukeltų violetinę apatinę žaliųjų užuolaidų sieną. Didelės energijos aurora taip pat gamina labai struktūrizuotas ir labai plonas užuolaidas, kurios juda greitai. Norint išspręsti šias struktūras, reikalingas trumpas ekspozicijos laikas.

Tačiau auroriniai elektronai kartais turi pakankamai energijos, kad suteiktų smūgį, kad jie prasiskverbtų giliau nei į atmosferą. Kai taip atsitinka, galimi tik daug trumpesnio išmetamųjų teršalų kiekiai. Daugiausia dujų yra molekulinis azotas, kuris greitai skleidžiasi mėlynos ir raudonos spalvos. Sumaišius šiuos kartu gaunama purpurinė spalva. Apatinis žalios aurorinės užuolaidos kraštas įgauna šią violetinę spalvą, kai auroraliniai elektronai pagreitėja iki labai didelės energijos (7-8 paveikslai).

Kartais aurora įgauna raudoną spalvą. Tai kyla iš didesnio aukščio, maždaug 120–180 mylių (200–300 km). Už šią spalvą vėl atsakingas deguonies atomas. Deguonies atomas turi sužadintą šios raudonos linijos emisijos būseną, kurios vidutinis tarnavimo laikas yra 100 sekundžių, ir tik labai dideliame aukštyje susidūrimai yra pakankamai reti, kad būtų galima skleisti šią spinduliuotę (9 paveikslas). Kadangi ilgas deguonies raudonos linijos gyvenimo laikas taip pat leidžia aurorai judėti dar nespinduliuojant, šiose emisijose taip pat išplaunama uodegų užuolaidų struktūra. (10 paveikslas).

9 pav. Raudona aurora virš pjūklų kalnų netoli Klondike Gold Rush nacionalinio istorinio parko ir Skagway, Aliaskoje.

Spalvos susiejimas su fiziniais procesais

Aurorinių elektronų energija lemia, kiek giliai į atmosferą prasiskverbia šios dalelės. Kadangi aušinimo spinduliai yra būdingi aukščiui, iš kurio jie kyla, galime naudoti auroros spalvų balansą, kad nustatytume ausies elektronų energiją. Auroros ryškumas priklauso nuo įeinančių aurorinių elektronų greičio. Analogiškai elektros srovėms galime pasakyti, kad spalva mums nurodo įtampą, o ryškumas - srovę.

Labai didelių magnetinių audrų metu aurora matoma iš vidutinių ir žemų platumų. Per tokias dideles audras dažnai būna labai ryškiai raudonos spalvos auroraliniai ekranai. Pažymėtinos 2003 m. Helovino ir lapkričio pabaigos magnetinės audros, kai virš Viduržemio jūros, Floridoje ir visoje JAV buvo pastebėta raudona aurora. Nepaprastas raudonojo deguonies spinduliavimas dideliame aukštyje rodo, kad tokių audrų metu magnetosferoje yra labai didelės srovės teka, tuo tarpu ausies pagreitis sukelia tik mažos energijos elektronus.

10 pav. Difuziškai atrodanti raudona aurora virš Klondike Gold Rush nacionalinio istorinio parko, esančio netoli Baltojo perėjos, gaunama iš ilgai gyvavusių deguonies atomų dideliame aukštyje. Žemiau esančios užuolaidos struktūra yra prarasta raudonoje auroroje, nes sužadinti atomai gali judėti kartu su vėju prieš skleisdami šviesą.

Be spalvų balanso ir ryškumo, galime labai tiksliai išmatuoti atskirų spindulių linijų bangos ilgį auroroje. Tai leidžia mums nustatyti emisijos linijų Doplerio poslinkį. Doplerio efektas šviesos spinduliavimui sukelia emisijos bangos ilgio sutrumpėjimą, jei spinduliuojantis atomas ar molekulė juda link stebėtojo, ir ilgėja bangos ilgis, jei jis tolsta. Trumpesnis bangos ilgis reiškia spalvą, artimesnę mėlynam spektro galui, ilgesnis bangos ilgis reiškia poslinkį į raudoną. Auroroje šie poslinkiai yra nedideli, tačiau juos galima pastebėti naudojant aukštos spektrinės skiriamosios gebos prietaisus, ypač Fabry-Perot interferometrus (FPI). Kadangi raudonosios ir žaliosios linijos išmetamas iš deguonies yra labai ilgas, jie yra geri kandidatai FPI stebėjimams. Ilgas tarnavimo laikas užtikrina, kad atomai dreifuoja su vėju, o jų greičiui įtakos neturi susidūrimas su ausies elektronu, kuris pirmiausia sukėlė sužadinimą. Nedidelis bangos ilgio pokytis gali būti naudojamas aplinkos vėjui matuoti auroros aukštyje.

11 paveikslas. Vėjo vektoriai, esantys 150 mylių (240 km) aukštyje, sudarė kombinuotą žalio ir raudono deguonies vaizdą danguje. Savo sąveikaujant su atmosfera, aurora keičia vėjo kryptį ir greitį viršutinėje atmosferos dalyje.

Šie FPI vėjo stebėjimai suteikia tik vėjo greičio komponentą išilgai regėjimo linijos, komponentą stebėjimo stoties link arba nuo jos. Naudodami modelio apribojimus arba išdėstydami tris tokius instrumentus į atskiras vietas, mes galime atkurti tikrąjį vėjo vektorių, matuodami tris jo komponentus. 11 paveiksle parodytas bendras auroros ryškumo ir išvesta vėjo vektorių, esančių 150 mylių (240 km) aukštyje. Šis pavyzdys (Conde ir kt., 2008) rodo, kad vėjui įtakos turi aušra, kai kryptis ir greitis keičiasi tiesiai į ausies užuolaidos padėtį.

Viršutinis aurorinių užuolaidų ir spindulių galas kartais rodo gilią mėlyną spalvą. Tai rodo dar vieną šviesos emisijos procesą. Auroriniai elektronai ne tik gamina šviesą skleidžiančius sužadintus atomus ir molekules, bet ir jonizuoja kai kurias molekules. Tada šie jonai gali būti traukiami į viršų elektriniuose laukuose auroroje ir pasiekti pakankamai aukštą aukštį, kad esant tam tikroms sąlygoms jie būtų veikiami saulės spindulių. Tada ši saulės šviesa išsklaido šiuos jonus. Yra mėlyna molekulinio azoto jonų emisija, kuri yra ypač stipri sklaidant saulės spindulius, todėl mes matome mėlyną viršutinį ausies užuolaidų galą (13 pav.).

12 pav. Aurora virš Klondike Gold Rush nacionalinio istorinio parko, žiūrint iš Jukono, Kanados.

Sudėjus visa tai kartu

Auroros spalvų stebėjimai plačiąja prasme, žiūrint į bendrą spalvų balansą, arba išsamūs spektroskopiniai metodai gali mus daug išmokti apie fizinius procesus, sukeliančius aurorą, ir apie auroros padarinius viršutinei atmosferos daliai. Spalvų balansas nurodo auroros aukštį. Tai galime susieti su procesais, kurie pagreitina ausies elektronus artimoje žemės erdvėje, ir galime pamatyti magnetosferoje tekančių elektros srovių evoliuciją. Didelės skiriamosios gebos spektroskopija leidžia mums pamatyti vėją viršutinėje atmosferos dalyje ir kaip jį keičia aurora. Didelio aukščio mėlyna aurora mums sako, kad auroroje susidarę jonai iš atmosferos ištraukiami į kosmosą. Ir pačios spalvos mums nurodo atmosferos dujų sudėtį auroros aukštyje.

13 pav. Ši nuotrauka daroma netrukus po saulėlydžio, kai saulė apšviečia viršutinę auroros dalį. Jonai, kuriuos šiame aukštyje gamina aurora, išsklaido mėlyną saulės dalį, todėl viršutinis auroros kraštas atrodo mėlynas.

Padėkos

Norėčiau padėkoti Markui Conde'ui už pasiūlymus ir komentarus bei žmonėms, pateikusiems šio straipsnio auroros nuotraukas: Poul Jensen Aliaskos universiteto Geofizikos institute Fairbanksas Michaelas Klenschas iš Skagway, Alaska Carlas Johnsonas iš Anchorage, Aliaska ir Janas Curtisas iš Oregono. Daugiau šių fotografų aurora nuotraukų galite rasti jų svetainėse:

theusner / polarlicht / (M. Theusneris)

www.alpenglowphoto.net (M. Klensch)

klimatas.gi.alaska.edu/Curtis/aurora/ aurora.html (J. Curtis)

www.carljohnsonphoto.com (C. Johnson)

Literatūra

Conde, M. G., C. Anderson ir C. Ander-son. 2008 m.

Nauji „Poker Flat“ dangaus vaizdavimo Fabry-Perot spektrometro rezultatai. CEDAR dirbtuvės, Zermatt, UT.

Tėvas, R.H. 1980 m.

Didingos šviesos: mokslo, istorijos ir meno „Aurora“. Amerikos geofizinė sąjunga. Vašingtonas.

Lummerzheim, D. 2007.

Auroros modeliavimas ir prognozavimas. Skaičiavimas mokslo ir inžinerijos srityje 9 (5): 53-61.


Kas sukelia „Aurora“?

Saulė, palaikanti gyvybę žemėje, yra Saulės sistemos centre, o jai sukantis ant ašies, jos magnetiniai laukai sukasi ir iškraipo. Susipynus magnetiniams laukams, jie paprastai plyšta ir sukelia saulės dėmeles. Paprastai saulės dėmė atsiranda poroje, kurios didžiausias skaičius yra daug kartų didesnis už planetos skersmens dydį. Temperatūra saulės viduryje yra maždaug 15 milijonų laipsnių Celsijaus, o temperatūrai saulės paviršiuje krintant ir kylant, saulė burbuliuoja ir verda išlaisvindama įkrautas daleles.

Saulės vėjas siunčia įkrautas saulės daleles, šurmuliuojančias per kosmosą. Jei mūsų planeta eina savo keliu, magnetinis laukas sąveikauja su žemės atmosfera. Kai šios dalelės susiduria su molekulėmis ir atomais, esančiais žemės atmosferoje, tai sužadina šiuos atomus, kurie užsidega, sukuria dramatišką, spalvingą vaizdą, vadinamą aurora.


Ar kitos planetos turi auroras?

Daugelį metų buvo manoma, kad mūsų planetoje matomi aurorai yra mirusiųjų sielos, persikeliančios į pomirtinį pasaulį. Žemėje esančią aurorą iš tikrųjų sukelia Saulė, ir ją galima laikyti kosminio oro forma. Saulės vėjai smogia Žemei labai įkrautomis dalelėmis, tačiau mūsų planetos magnetinis laukas daugumą jų nukreipia dar nepasiekęs atmosferos. Kiekvieną taip dažnai šiuos vėjus skatina saulės žybsniai ar vainikinės masės išstūmimai, kurie išskiria didžiulį kiekį plazmos. Kai šie intensyvūs saulės vėjai pasiekia Žemę, kai kurios jonizuotos dalelės įstringa magnetiniame lauke. Po to šios dalelės pagreitinamos lauko linijomis link polių, kur jos gali patekti į viršutinę atmosferos dalį, susidurdamos su dujų dalelėmis, dėl kurių jos skleidžia ryškią šviesą. Šis procesas sukuria užburiančius „aurora borealis“ ir „aurora australis“, dažniausiai žinomus kaip šiauriniai ir pietiniai žiburiai.

Jupiteryje, Saturne, Urane ir Neptūne aurorai formuojasi panašiai kaip ir Žemėje. Tačiau Marse ir Veneroje jie susidaro labai skirtingai, nes nė viena iš šių planetų neturi reikšmingo magnetinio lauko.

NASA Marso atmosferos ir nepastovios evoliucijos (MAVEN) erdvėlaivis, stebintis Marso „Kalėdų žiburius“

Marse auroros pasirodo šalia magnetizuotų uolų, esančių planetos plutoje, o ne prie ašigalių, kai į jas susikaupia įkrautos saulės dalelės. Taip yra todėl, kad jam trūksta paties sukurto magnetinio lauko, jis turi tik „plutos magnetines anomalijas“. Mokslininkai nustatė, kad šviesos spinduliavimo vieta atitiko stipriausių magnetinių laukų, rastų Marse, vietą. Manoma, kad šios anomalijos yra paskutiniai Marso planetinio magnetinio lauko pėdsakai, kuriuos jis parodė tam tikru metu savo istorijoje. Šis auroros susidarymo tipas yra visiškai unikalus Marse, kiek žino mokslininkai.

Venera

Jūs aiškiai matote Veneros (viršuje) ir Marso (apačioje) magnetosferų skirtumą, palyginti su Žeme

Panašiai kaip Marsas, Venera neturi savo planetinio magnetinio lauko, tačiau planetos šviesos blyksniai buvo identifikuoti kaip aurorai. Mokslininkai nustatė, kad tas pats procesas, dėl kurio Žemėje atsiranda auroras, aplink Venerą gali suformuoti milžinišką magnetinį burbulą, leidžiantį atsirasti auroroms. Tai įmanoma dėl to, kad Venera turi magnetotailą, kuris susidarė dėl jonosferos ir saulės vėjo sąveikos. Tai, kad magnetinis ryšys gali atsirasti Veneros magnetotailėje, rodo, kad auroras yra šviesos, kurią mokslininkai pastebėjo skleidžiantys iš šios planetos, priežastis.

Saturnas

Saturno aurorai atsiranda netoli planetos ašigalių, panašiai kaip jie
daryti Žemėje

Saturno auroros skiriasi nuo Žemės savo dydžiu, nes jos gali nusidriekti iki nuostabaus 1 000 kilometrų aukščio virš Saturno debesų viršūnių. Įkrautos dalelės gaunamos iš Saulės saulės vėjų, sprogstančių pro planetą. Saturno poliarinėje atmosferoje dalelės sutrinka į vandenilį, jonizuodamos dujinius atomus, dėl kurių išsiskiria fotonai ir veda į aurorą. Šios planetos auroros iš tikrųjų nėra matomos žmogaus akiai, dėl to, kad skleidžiama šviesa yra infraraudonųjų ir ultravioletinių spindulių, kurių mes nematome. Manoma, kad kaip ir Jupiteryje, Saturno mėnuliai taip pat gali paveikti auroras.

Jupiteris

Šis paveikslėlis rodo Jupiterio magnetosferą ir tai, kaip jo mėnuliai gali įsitraukti į auroros susidarymą

Nors kai kurie Jupiteryje randami aurorai formuojasi panašiai kaip Žemėje, daugelis jų susidaro dėl dalelių įstrigimo jo paties magnetinėje aplinkoje. Skirtingai nuo pagrindinės Saturno auroros, kuri keičiasi dydžiui keičiantis saulės vėjams, pagrindinis Jupiterio aurorinis žiedas išlaiko pastovų dydį. Taip yra dėl jo susidarymo sąveikaujant savo pačios magnetinėje aplinkoje. Manoma, kad Jupiterio mėnuliai taip pat gali paveikti auroras. Manoma, kad Io, Jupiterio vulkaninis mėnulis, gamina dujas, kurios keliauja į Jupiterio atmosferą, kur jos gali prisidėti prie planetos auroros susidarymo.

Uranas

Urano masė yra daugiau nei 14 su puse kartų didesnė už Žemės masę

Aurorų buvimą Urane 2011 m. Aptiko Hablo kosminis teleskopas. Manoma, kad tai buvo įmanoma dėl padidėjusio saulės aktyvumo per šį laikotarpį, dėl kurio padidėjo įkrautų dalelių kiekis, nešamas saulės vėjuose iš Saulės. Šioje milžiniškoje ledo planetoje susiformavę aurorai atrodo toli nuo šiaurės ir pietų ašigalio, skirtingai nei Žemėje. Taip yra dėl planetos magnetinio lauko, kuris yra pasviręs 59 laipsnių kampu į savo sukimosi ašį. Šie aurorai yra silpnesni nei jų kolegos Žemėje ir trunka tik porą minučių, skirtingai nei mūsų planetoje, kurie gali trukti kelias valandas.

Atraskite daugiau nuostabių faktų apie kosmosą naujausiame leidinyje Kaip tai veikia. Tai galima įsigyti iš visų gerų mažmenininkų, arba galite užsisakyti internetu „ImagineShop“. Jei turite planšetinį kompiuterį ar išmanųjį telefoną, skaitmeninę versiją taip pat galite atsisiųsti į „iOS“ arba „Android“ įrenginį. Kad niekada nepraleistumėte nė vieno klausimo Kaip tai veikia žurnalas, būtinai užsiprenumeruok šiandien!

Be to, įsitikinkite, kad peržiūrėjote mūsų specialius skaitmeninius pasiūlymus, tokius kaip „Nuostabūs išradimai“, „Naršykite Marsą“ ir „Galaktikos vadovas“, kuriuos dabar galite atsisiųsti į savo skaitmeninį įrenginį!


Kada pamatyti Aurorą

Tamsus dangus yra mūsų sąjungininkas stebint eterinį aurorų vaizdą. Tai reiškia, kad negalime jų matyti dienos šviesoje kaip savo fono. Vis dėlto nenuspėjama, kada tiksliai pasirodo ši šviesa danguje. Procesas labai priklauso nuo Saulės aktyvumo.

Viena iš tokių veiklų yra saulės ciklas. Taigi, kas tai yra ir kaip tai veikia mūsų auroralinius pastebėjimus?

Saulės ciklas

Saulės magnetinis laukas praeina procesą, vadinamą Saulės ciklu. Tai trunka apie 11 metų. Tai daro įtaką Saulės paviršiui ir jos veiklai. Šio proceso pradžia vadinama saulės minimumu. Tada jis kaupiasi ir pasiekia saulės maksimumą, kur saulės veikla tampa stipresnė. Galų gale jis grįš į saulės minimumą, kad pradėtų naują ciklą.

Žinojimas apie saulės ciklą yra svarbus nustatant galimybę pamatyti aurorą. Saulė turi daugiausia saulės dėmių per saulės maksimumą. Saulės raketos ir kiti jo paviršiaus išsiveržimai tampa vis dažnesni. Ši veikla saulės vėjo pavidalu bombarduoja daleles link mūsų atmosferos. Kuo stipresni šie vėjai, tuo ryškesni mūsų danguje yra auroriniai vaizdai. Paskutinis saulės maksimumas buvo 2014 m. Balandžio mėn.

2021 m. Jau esame Saulės cikle 25. Saulės minimumas buvo 2019 m. Gruodžio mėn., O prognozuojamas maksimumas yra 2025 m.

Tai laiko klausimas

Nors auroras nenuspėjamas, galime padidinti tikimybę juos pamatyti patikrindami būsimą orą. Net jei KP koeficientas yra geras, jei dangus yra padengtas debesimis, sąlygos nebus tinkamos žiūrėti. Todėl pirmasis reikalavimas yra tamsus ir giedras dangus. Kiti svarstytini aspektai yra mažesnė šviesos tarša.

Žmonės šiaurės pašvaistės pamatyti paprastai keliauja nuo rugpjūčio iki balandžio. „Auroral“ veikla pasiekia didžiausią reikšmę maždaug lygiadienių mėnesiais - rugsėjo ir kovo mėnesiais. Pietiniame danguje geriausi mėnesiai pamatyti aurora australis yra nuo kovo iki rugsėjo.

Natūralios šviesos pasirodymai paprastai stebimi nuo 18 iki 4 valandos ryto, o geriausia galimybė juos pamatyti nuo 22 iki 23 valandos.

Yra atvejų, kai Aurorą galima stebėti jau nuo 16 val. Tai būna per poliarinę naktį arba kai Saulė nepakyla virš horizonto. Šis reiškinys yra priešingas poliarinei dienai (vidurnakčio saulei), kai Saulė šviečia aukščiau daugiau nei 24 valandas.


Kaip veikia Auroras

Auroras yra Žemės ir saulės ryšio rodikliai. Aurorų dažnis koreliuoja su saulės aktyvumo dažniu ir saulės 11 metų veiklos ciklu.

Kadangi sintezės procesas vyksta saulės viduje, jis spjaudo didelės energijos daleles (jonus, elektronus, protonus, neutrinus) ir spinduliuotę saulės vėjas. Kai saulės aktyvumas yra didelis, taip pat pamatysite didelius išsiveržimus saulės raketos ir vainikinės masės išstūmimai. Šios didelės energijos dalelės ir spinduliavimas patenka į kosmosą ir keliauja per Saulės sistemą. Atsitrenkę į Žemę jie susiduria su jos magnetiniu lauku.

Žemės magnetinio lauko ašigaliai yra netoli, bet ne tiksliai ant jų, geografinių polių (kur planeta sukasi savo ašyje). Mokslininkai mano, kad Žemės skystoji geležies išorinė šerdis sukasi ir sukuria magnetinį lauką. Lauką iškreipia saulės vėjas, kuris susispaudžia nuo saulės pusės (lanko šokas) ir ištrauktas iš priešingos pusės (magnetotail). Saulės vėjai sukuria angą magnetiniame lauke poliariniai kaušeliai. Poliariniai puodeliai yra Saulės pusėje magnetosfera (plotas aplink Žemę, kuriam įtakos turi magnetinis laukas). Pažvelkime, kaip tai veda į aurorą.

  1. Kai įkrautos saulės vėjų ir žybsnių dalelės patenka į Žemės magnetinį lauką, jos keliauja lauko linijomis.
  2. Kai kurios dalelės nukreipiamos aplink Žemę, o kitos sąveikauja su magnetinio lauko linijomis, todėl įelektrintų magnetinių laukų dalelių srovės eina link abiejų polių - todėl abiejuose pusrutuliuose yra vienu metu esančios auroros. (Šios srovės vadinamos Birkelando srovės po juos atradusio norvegų fiziko Kristiano Birkelando (žr. šoninę juostą.)
  3. Kai elektros krūvis nukerta magnetinį lauką, jis sukuria elektros srovę (žr. Kaip veikia elektra). Kai šios srovės nusileidžia į atmosferą lauko linijomis, jos surenka daugiau energijos.
  4. Kai jie paspaus jonosfera viršutinės Žemės atmosferos regione, jos susiduria su deguonies ir azoto jonais.
  5. Dalelės veikia deguonies ir azoto jonus ir perduoda savo energiją šiems jonams.
  6. Energijos absorbcija deguonies ir azoto jonais priverčia juose esančius elektronus & quot; sužadinti & quot; ir pereiti nuo mažai energijos turinčių orbitalių į daug energijos (žr. Kaip veikia atomai).
  7. Kai sužadinti jonai atsipalaiduoja, deguonies ir azoto atomu esantys elektronai grįžta į pradines orbitales. Proceso metu jie vėl spinduliuoja energiją šviesos pavidalu. Ši šviesa sudaro aurorą, o skirtingos spalvos atsiranda iš šviesos, kurią skleidžia skirtingi jonai.

Pastaba: Dalelės, sąveikaujančios su deguonies ir azoto jonais atmosferoje, ateina ne iš saulės, o veikiau jau buvo sulaikytos Žemės magnetinio lauko. Saulės vėjai ir raketos trikdo magnetinį lauką ir juda šios dalelės magnetosferoje.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie auroras, žiūrėkite toliau pateiktas nuorodas.

1895 m. Norvegų fizikas, vardu Kristianas Birkelandas, kreipėsi į klausimą, kas sukelia auroras. Birkelandas manė, kad auroras sukėlė saulės elektronai, sąveikaujantys su Žemės magnetiniu lauku. Norėdami tai patikrinti, jis padėjo sferinį magnetą, vadinamą a terella vakuuminės kameros viduje. Kameros viduje jis taip pat turėjo elektroninį ginklą. Kai jis įjungė ginklą, elektronai sąveikauja su magneto lauku ir sukūrė dirbtinę aurorą, patvirtindami jo hipotezę.

Dirbtinė Birkelando aurora neparodė būdingo ovalaus žiedo. Iš tikrųjų aurorinį žiedą išpranašavo japonų absolventas, vardu Shun-ichi Akasofu, 1964 m. Jis ištyrė aurorų nuotraukas ir padarė išvadą, kad aurorai yra žiedai. Taigi, kodėl Birkelando auroras nebuvo ovalus? Birkelandas manė, kad elektronai, sužadinantys deguonies ir azoto jonus, patenka tiesiai iš saulės. Tik tada, kai palydovai pradėjo tyrinėti auroras ir matuoti magnetosferą, mokslininkai išsiaiškino, kad elektronai atsirado iš pačios magnetosferos. Kai ši idėja buvo įdėta į matematinius modelius, aurorinius žiedus buvo galima paaiškinti.


Kaip Auroras atrodo kitose planetose?

Iš pirmo žvilgsnio liudyti „aurora“ yra išties baimę kelianti patirtis. Natūralus šiaurinių ar pietinių žiburių grožis pritraukia visuomenės vaizduotę, skirtingai nei bet kuris kitas kosminio oro aspektas. But auroras aren’t unique to Earth and can be seen on several other planets in our solar system.

An aurora is the impressive end result of a series of events that starts at the sun. The sun constantly emits a stream of charged particles known as the solar wind into the depths of the solar system. When these particles reach a planet, such as Earth, they interact with the magnetic field surrounding it (the magnetosphere), compressing the field into a teardrop shape and transferring energy to it.

Because of the way the lines of a magnetic field can change, the charged particles inside the magnetosphere can then be accelerated into the upper atmosphere. Here they collide with molecules such as nitrogen and oxygen, giving off energy in the form of light. This creates a ribbon of color that can be seen across the sky close to the planet’s magnetic north and south poles – this is the aurora.

Gas Giant Auroras

Using measurements from spacecraft, such as Cassini , or images from telescopes, such as the Hubble Space Telescope , space physicists have been able to verify that some of our closest neighbors have their own auroras. Scientists do this by studying the electromagnetic radiation received from the planets, and certain wavelength emissions are good indicators of the presence of auroras.

Each of the gas giants (Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune) has a strong magnetic field, a dense atmosphere and, as a result, its own aurora. The exact nature of these auroras is slightly different from Earth’s, since their atmospheres and magnetospheres are different. The colors, for example, depend on the gases in the planet’s atmosphere. But the fundamental idea behind the auroras is the same.

For example, several of Jupiter’s moons, including Io, Ganymede and Europa, affect the blue aurora created by the solar wind. Io, which is just a little larger than our own moon, is volcanic and spews out vast amounts of charged particles into Jupiter’s magnetosphere, producing large electrical currents and bright ultraviolet (UV) aurora.

On Saturn, the strongest auroras are in the UV and infrared bands of the color spectrum and so would not be visible to the human eye. But weaker (and rarer) pink and purple auroras have also been spotted .

Mercury also has a magnetosphere and so we might expect aurora there too. Unfortunately, Mercury is too small and too close to the sun for it to retain an atmosphere, meaning the planet doesn’t have any molecules for the solar wind to excite and that means no auroras.

The Unexpected Auroras

On Venus and Mars, the story is different. While neither of these planets has a large-scale magnetic field, both have an atmosphere. As the solar wind interacts with the Venusian ionosphere (the layer of the atmosphere with the most charged particles), it actually creates or induces a magnetic field. Using data from the Venus Express spacecraft, scientists found that this magnetic field stretches out away from the sun to form a “magnetotail” that redirects accelerated particles into the atmosphere and forms an aurora.

Mars’s atmosphere is too thin for a similar process to occur there, but it still has aurora created by localized magnetic fields embedded in the planet’s crust. These are the remnants of a much larger, global magnetic field that disappeared as the planet’s core cooled. Interaction between the solar wind and the Martian atmosphere generates “discrete” auroras that are confined to the regions of crustal field.

A recent discovery by the MAVEN mission showed that Mars also has much larger auroras spread across the northern hemisphere, and probably the whole planet too. This “diffuse” aurora is the result of solar energetic particles raining into the Martian atmosphere, rather than particles from the solar wind interacting with a magnetic field.

If an astronaut were to stand on the surface of Mars, they might still see an aurora but it would likely be rather faint and blue, and, unlike on Earth, not be necessarily near the planet’s pole.

Most planets outside our solar system are too dim compared to their parent star for us to see if they have auroras. But scientists recently discovered a brown dwarf (an object bigger than a planet but not big enough to burn like a star) 18 light years from Earth that is believed to have a bright red aurora. This raises the possibility of discovering other exoplanets with atmospheres and magnetic fields that have their own auroras.

Such discoveries are exciting and beautiful, but they are also scientifically useful. Investigating auroras gives scientists tantalizing clues about a planet’s magnetic and particle environment and could further our understanding of how charged particles and magnetic fields interact. This could even unlock the answers to other physics problems, such as nuclear fusion .

This article was originally published on The Conversation . Read the original article .


What Makes the Northern Lights Appear on Earth?

There are numerous beautiful stories of folklore about what makes the Northern Lights appear. From the Finnish tales of an Arctic Fox running across the Arctic skies, to the reflecting armour of the Norse mythological Valkyrie warriors preparing for battle, as well as the more sentimental dances of our ancestors above.

In the past, folklore has led to countless interpretations and meanings behind this wonderful phenomena. But in the last 150 years, our scientific understanding of what causes both the Aurora Borealis and Aurora Australis on Earth has advanced dramatically.

It All Starts on the Sun

It all starts at the Sun’s atmosphere, which is known as the Corona (nothing to do with the virus or the beer!).

The temperature of the Corona is at roughly 1 million degrees Celsius, making it a plasma filled with a large number of electrically charged particles.

These particles move very quickly, so quickly that they regularly break away from the Sun and stream away in what’s known as the solar wind.

This solar wind then travels at several hundred kilometres per second, which, when it’s facing in the Earth’s direction, can cause it to hit the Earth with a great amount of the Sun’s solar energy.

The Earth Magnetic Field

The Earth, however, has a natural magnetic field which protects us from the bulk of the Sun’s electrically charged particles.

This magnetic field covers the entire planet because the Earth’s outer core is made of a huge mass of molten iron. The convection currents cause the molten iron to rise, and the Earth’s constant rotation causes it to spiral around.

As iron is an electrically conducting substance, this circular flow creates what is known as a dynamo, which creates a magnetic field around our planet shielding us from the Sun’s cosmic rays.

Our magnetic field then reaches out through the surface of the Earth and out into space. When our magnetic field is hit by the Sun’s escaped plasm — filled with a soup of electrically charged particles — it pushes the magnetic field on the dark side of the Earth back like an elastic band.

Once the magnetic field is sufficiently stretched out, it snaps back, accelerating all of the electrically charged particles like a slingshot towards the Earth up and down the field lines at the Earth’s poles.

The Sun’s particles then hit molecules of Oxygen and Nitrogen in our atmosphere which excites these molecules and emits the energy in the colours we are able to see in places like Iceland.

Because of its impact on the poles, the aurora can also be seen in a great many other lucky locations such as the Nordic countries and Canada in the northern hemisphere, and parts of Antarctica (as well as parts of New Zealand and Australia occasionally) in the southern hemisphere.


Source: Space.com, 2015


Auroras of different planets

I was going to say “ Jupiter’s one my look amazing from the surface.” Then I remembered about the 30 miles of clouds and the hydrogen and helium.

There's probably a nice part of Jupiter's atmosphere where you could float a platform at Earth surface pressure, and the view would be great from there.

also, that there is no surface :P

30 miles? It's a bit more than that

30 miles or thousands of miles? It’s kinda turtles all the way down.

u cant see it its not in the visible light spectrum. earths aurora is the only one in the visible light spectrum

The different colors are interesting. Do we know what causes that?

The Jupiter image is taken in the ultraviolet (the main emission is atomic hydrogen Lyman-alpha emission at 1218 Angstoms, 121.8 nm), so this has been colourised in blue, since we can't see the actual emission brightness. This is pasted over a visible image of the planet for the prettiness.

The Saturn image is, I believe, just an illustration - it doesn't look real me. But Saturn's aurora are very similar to Jupiter typically observed in the UV. Both these planet's have visible aurora caused by the Balmer series of H emission, along with a blend of molecular hydrogen emissions. Our observations of these suggest that the aurora of these planets would look pinkish-purple to the human eye.

I observe the aurora of both in the infrared - again not visible with the human eye.

The aurora of Earth is green because of a single wavelength transistion of oxygen. There are also red transitions for both oxygen and nitrogen.


What is the Aurora Borealis?

[/ antraštė]
The aurora (plural aurorae) borealis has many other names: northern lights, northern polar lights, polar lights, and more. An aurora borealis is light seen in the sky, nearly always at night, in the northern hemisphere, commonly green but also red and (rarely) other colors often in the shape of curtains, sheets, or a diffuse glow (when seen from the ground). Northern lights are most often seen at high latitudes – Alaska, Canada, northern Scandinavia, Greenland, Siberia, and Iceland – and during maxima in the solar cycle.

Aurora australis – southern lights – is the corresponding southern hemisphere phenomenon.

Seeing a bright auroral display may be on your list of ‘things to see before I die’! Yep, they are nature’s light show par excellence.

Aurora borealis occur in the Earth’s ionosphere, and result from collisions between energetic electrons (sometimes also protons, and even heavier charged particles) and atoms and molecules in the upper atmosphere. The ultimate origin of the energy which powers the aurora borealis is the Sun – via the solar wind – and the Earth’s magnetic field. Interactions between the solar wind (which carries its own tangled magnetic fields) and the Earth’s magnetic field may cause electrons (and other particles) to be trapped and accelerated those particles which do not escape ‘downstream’ to the magnetic tail ‘touch down’ in the atmosphere, close to the north magnetic pole.

The different colors come from different atoms or ions green and red from atomic oxygen, nitrogen ions and molecules make some pinkish-reds and blue-violet purple is the appearance of combined colors from nitrogen ions and helium neon produces the very rare orange. The ionosphere is home to most aurorae borealis, with 100-300 km being typical (this is where green is usually seen, with red at the top) however, some particularly energetic particles penetrate much deeper into the atmosphere, down to perhaps 80 km or lower (purple often comes from here).

Viewed from space, when the northern lights are intense they appear as a ring (an oval actually), the auroral zone, with the north magnetic pole near the center.

The University of Alaska Fairbanks’ Geophysical Institute has a good FAQ on the aurora borealis.

Magnetic fields plus solar wind … so you’d expect aurorae on Jupiter and Saturn, right? And auroral displays around the magnetic poles of these planets are now well documented. Aurorae have also been imaged on Venus, Mars, Uranus, Neptune, and even Io.


Žiūrėti video įrašą: Bubū spalvų dainelė vaikams lietuviškai (Lapkritis 2022).