Naukowcy odkrywają tajemnicę zorzy polarnej dzięki eksplozjom orbitalnym!

Zorza polarna od wieków fascynuje ludzkość swoim tajemniczym, kolorowym tańcem na niebie. Mimo licznych badań, mechanizmy stojące za tym zjawiskiem nie były w pełni zrozumiane. Przełom nastąpił dzięki amerykańskim naukowcom z University of Alaska Fairbanks, którzy w ramach eksperymentu KiNET-X przeprowadzonego w 2021 roku zbliżyli się do rozwikłania tej zagadki.

W maju 2021 roku z NASA Wallops Flight Facility w Wirginii wystrzelono jedną z największych rakiet badawczych, Black Brant XII, niosącą eksperyment KiNET-X. Celem misji było zrozumienie, jak duże masy plazmy, takie jak wiatr słoneczny, oddziałują na poziomie cząsteczkowym z plazmą w przestrzeni kosmicznej otaczającej Ziemię. Rakieta osiągnęła wysokość około 400 km nad Atlantykiem, gdzie uwolniła dwa pojemniki z termitem barowym. Po detonacji na wysokościach 400 km i 300 km powstały chmury plazmy, które miały wywołać fale Alfvéna – specyficzne zaburzenia w plazmie wpływające na pole magnetyczne.

Fale Alfvéna powstają, gdy zaburzenia w plazmie oddziałują z polem magnetycznym. W tym eksperymencie wstrzyknięcie baru do jonosfery spowodowało, że pod wpływem światła słonecznego bar przekształcił się w zjonizowaną plazmę, tworząc pożądane wibracje. Te fale natychmiast utworzyły linie pola elektrycznego równoległe do linii pola magnetycznego Ziemi, co przyspieszyło elektrony wzdłuż tych linii. Chociaż energia z eksplozji nie była wystarczająca do wywołania zorzy polarnej, uzyskane dane dostarczyły cennych informacji na temat mechanizmów prowadzących do jej powstawania.

Zorza polarna jest wynikiem interakcji wiatru słonecznego z magnetosferą Ziemi. Słońce emituje strumień naładowanych cząstek, głównie protonów i elektronów, znany jako wiatr słoneczny. Gdy te cząstki docierają do Ziemi, są przechwytywane przez jej pole magnetyczne i kierowane w stronę biegunów magnetycznych. Tam, w górnych warstwach atmosfery, zderzają się z atomami tlenu i azotu, wzbudzając je i powodując emisję światła o różnych kolorach, co obserwujemy jako zorzę polarną.

Eksperyment KiNET-X dostarczył nowych informacji na temat tego, jak fale Alfvéna przyczyniają się do przyspieszania elektronów wzdłuż linii pola magnetycznego, prowadząc do powstawania zorzy polarnej. Zrozumienie tych procesów na poziomie cząsteczkowym jest kluczowe dla pełniejszego poznania zjawisk zachodzących w magnetosferze Ziemi i może mieć zastosowanie w badaniach innych planet posiadających pole magnetyczne i atmosferę.

Wyniki eksperymentu KiNET-X stanowią istotny krok naprzód w dziedzinie fizyki plazmy i badań nad zorzami polarnymi. Dzięki nim naukowcy mogą lepiej zrozumieć, jak energia i momentum są transportowane w magnetosferze, co ma znaczenie nie tylko dla nauki podstawowej, ale także dla praktycznych zastosowań, takich jak prognozowanie pogody kosmicznej i ochrona infrastruktury satelitarnej przed skutkami burz geomagnetycznych.

Zorza polarna pozostaje jednym z najpiękniejszych i najbardziej fascynujących zjawisk przyrodniczych. Dzięki nowoczesnym technologiom i zaawansowanym badaniom, takim jak eksperyment KiNET-X, ludzkość zbliża się do pełnego zrozumienia mechanizmów stojących za tym niezwykłym fenomenem, łącząc piękno natury z głęboką naukową ciekawością.