Die reusagtige eenvormige aurora wat op die Kersnag van 2022 van die grond af gesien is, is bevestig dat dit poolreën-aurora is. Dit was die eerste grondgebaseerde waarneming van poolreën-aurora. Anders as tipiese aurora wat aangedryf word deur die invallende elektrone wat in die magnetostert van die magnetosfeer van die aarde gestoor word, word die polêre reën-aurora gevorm deur elektrone wat direk van sonkorona na poolstreke van die aarde langs oop magnetiese veldlyne beweeg om uit te loop in "polêre" reën” elektronneerslag wat aanleiding gee tot optiese emissies by interaksie met suurstof- en stikstofatome in die atmosfeer.
Die storie van aurorae, die kleurvolle skitterende ligvertonings (genoem Noordelike of aurora borealis in die noordpoolstreek en Suiderligte of Aurora Australis in die suidpoolstreek) begin in koronale laag van die sonatmosfeer. Die temperatuur van hierdie son-atmosferiese laag is uiters hoog. Terwyl die temperatuur van die fotosfeerlaag (wat as oppervlak van die son behandel word omdat dit is wat ons met lig kan waarneem) is ongeveer 6000 Kelvin, die gemiddelde temperatuur van korona is tussen 1 tot 2 miljoen Kelvin as gevolg van 'Coronal Heating Paradox'. Sulke hoë temperatuur maak korona 'n laag oorverhitte plasma. Sonwind wat bestaan uit hoogs energieke elektries gelaaide deeltjies (soos elektrone, protone, alfa-deeltjies en swaar ione) kom voortdurend uit die koronale laag in alle rigtings, insluitend in die rigting van die aarde.
Die uitwaartse reis van die energiek gelaaide deeltjies van son na die aarde is nie eenvoudig en reguit nie. Normaalweg word die geïoniseerde deeltjies deur die magnetiese veld van die aarde (magnetosfeer) afgebuig, dus bly lewensvorme en elektriese stelsels op die aarde onaangetas van die skadelike effekte van die sonwind.
In die geval van massiewe uitwerping van gelaaide deeltjies uit die son, soos in die geval van Coronal Mass Ejection (CME's), word die aarde se magnetosfeer egter oorweldig en die gevolg is magnetiese storms. Die storm beklemtoon die magnetosfeer totdat dit terugsnap en sommige van die gelaaide deeltjies na die aarde slinger.
Die terugtrekband van die magneetveld sleep die elektrone in die sonwind af na poolstreke waar aurorae 100-300 km bo die oppervlak in die boonste atmosfeer waargeneem word. Bydrae van protone en ander ione in die sonwind in aurora-vorming is weglaatbaar.
Aurora is basies optiese emissies van suurstof- en stikstofatome wat opgewek word deur energieke elektrone wat uit die magnetosfeer langs die geslote magnetiese veldlyne van die aarde neerslaan (energetiese elektronneerslag of EEP verwys na afsetting van energie van elektrone in die atmosfeer). Die interaksie van energieke elektrone met suurstof in die atmosfeer is verantwoordelik vir groen en rooi kleure, terwyl interaksie met stikstof lei tot die produksie van blou en dieprooi skakerings.
Die vorming van aurora word dus aangedryf deur die invallende elektrone wat in die magnetostert gestoor word (die streek van die magnetosfeer van die aarde wat deur die sonwind in 'n uitgestrekte stert in die rigting weg van die son weggesleep word). Die elektrone wat in die magnetosfeer gestoor word, kry energie deur sonwindforsering en presipiteer dan in die atmosfeer in sarsies in die poolstreke om aanleiding te gee tot aurora.
Poolreën Aurora
Selde word aurorae egter gevorm deur elektrone wat direk van sonkorona na poolstreke van die aarde langs oop magnetiese veldlyne beweeg om te kulmineer in "polêre reën" elektronneerslag. Daar word gevind dat sulke elektronneerslag intens is wanneer die sonwinddigtheid laag is. Die optiese emissies wat deur sulke elektrone veroorsaak word, is swak en die aurora wat gevorm word, word "polêre reën-aurora" genoem.
Die poolreën-aurorae is by enkele geleenthede vanuit die ruimte deur die satelliete waargeneem. Geen geval is egter ooit deur grondgebaseerde fasiliteite opgespoor nie.
Op 25th-26th Desember 2022 is 'n atipiese aurora deur die grondgebaseerde kameras in die Artic-streek vasgevang toe die sonwind amper verdwyn het. Die aurora wat waargeneem is, was eenvormig en reusagtig in grootte. Dit het nie soos 'n tipiese aurora gelyk nie. 'n Tipiese poolkappie-aurora is 'n kleurvolle skitterende ligvertoning wat 'n dinamiese patroon van reënboogagtige ligte vertoon. Dit kan voorkom as gordyne, strale, spirale, of as veranderende flikkerings. Theta aurora lyk soos die Griekse letter theta ('n ovaal met 'n lyn wat deur die middel loop) wanneer dit van bo deur satelliete waargeneem word. Theta aurorae word ook genoem 'transpolêre boë' as gevolg van die voorkoms van grootskaalse boë van bo gesien. 'Son-belynde boë.' is klein en dowwe lugboogboë wat vanaf grondgebaseerde sterrewagte waargeneem word. Die een punt van die boë is na die Son gerig en word dus 'Son-belynde boë'
Die aurora wat op die Kersnag in 2022 waargeneem is, was glad, verspreid en reusagtig in grootte. Dit het nie soos 'n tipiese aurora gelyk nie, daarom is gedink dat dit 'n poolreën-aurora was. Om dit te bevestig, het navorsers dit ondersoek met behulp van satelliet- en grondgebaseerde data.
Die satellietbeelde het getoon dat die poolkap-gebied aan die begin heeltemal leeg was. Die pooldop het op 25 begin gevul word met 'n dowwe diffuse aurorath Desember. Gevolglik het byna die hele poolkap-gebied gou deur intense maar minder gestruktureerde emissies gedek. Hierdie grootskaalse vulling van die pooldop deur diffuse aurorae het vir ongeveer 28 uur voortgeduur. Die intense emissie binne die poolkap het op oggend 26 begin vervaagth Desember en binne 'n paar uur het die struktuur van die aurora na die normale verspreiding teruggekeer en die pooldop was weer leeg.
Polêre reënelektronneerslag vind gewoonlik net in een halfrond plaas, afhangend van die oriëntasie van die interplanetêre magneetveld (IMF). Gelyktydige satellietbeelde het 'n volledige vulling van die poolkap in die Noordelike Halfrond getoon terwyl die poolkap van die Suidelike Halfrond leeg was. Dit het interhemisferiese asimmetrie waargeneem en die verwagte oriëntasie van die IMF het sterk voorgestel dat die grootskaalse aurora wat binne die poolkap van die Noordelike Halfrond opgespoor is, 'n poolreën-aurora was. Die interhemisferiese asimmetrie is ook in die elektrondata gesien. Ook was die korrelasie tussen die tydsberekening van die sonwindverdwyning en dié van die vul van die pooldop baie goed.
Die optiese metings vanaf grondgebaseerde fasiliteit in die Artic-dorp Longyearbyen op 25th -26th Desember het getoon dat hoë-energie-elektrone (>1 keV) die primêre komponent van die elektronneerslag vorm. 'n Instroming van hoë-energie-elektrone is ook deur die satelliet waargeneem. As gevolg hiervan, was die aurora sigbaar vanaf die grond as helder groenerige emissies.
In 'n vroeëre studie is gedemonstreer dat die poolreën-aurora teen 150 meter/sek teen sonwaarts beweeg. In die geval van atipiese aurora wat op die Kersnag van 2022 gesien is, het ontleding van die optiese deursnee-data aangedui dat die aurora in die anti-sonwaartse rigting voortgeplant het, maar die auroraspoed soos gesien vanaf die grond was twee tot drie keer vinniger.
Dus, die reusagtige eenvormige aurora wat op die Kersnag in 2022 vanaf die grond sigbaar was, was 'n poolreën-aurora. Dit was die eerste grondgebaseerde waarneming van poolreën-aurora, 'n unieke aspek van komplekse Son-Aarde-verbinding.
***
Verwysings:
- Hosokawa, K. et al 2024. Uitsonderlike reusagtige aurora in die poolkap op 'n dag toe die sonwind amper verdwyn het. WETENSKAP VOORUIT. 21 Junie 2024. Vol 10, Uitgawe 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Beskikbaar by https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
