Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Làm việc cùng với các nhà nghiên cứu không gian, các nhiếp ảnh gia nghiệp dư đã phát hiện ra một hình thức cực quang mới. Được những người có sở thích đặt tên là ‘cồn cát’, hiện tượng này được cho là do sóng nguyên tử oxy phát sáng do một dòng các hạt thoát ra từ mặt trời.
Trong nghiên cứu được công bố gần đây, nguồn gốc của các đụn cát đã được theo dõi theo một hướng dẫn sóng được hình thành trong phạm vi trung tâm và ranh giới của nó, đó là thông điệp. Nghiên cứu cũng đặt ra rằng hình thức cực quang mới này cung cấp cho các nhà nghiên cứu một cách mới lạ để điều tra các điều kiện trong bầu khí quyển phía trên.
Nghiên cứu được công bố trong số đầu tiên của tạp chí AGU Advances .
Một dấu vân tay không xác định xuất hiện trên bầu trời
Minna Palmroth, Giáo sư Vật lý Không gian Tính toán tại Đại học Helsinki đứng đầu một nhóm nghiên cứu phát triển mô phỏng chính xác nhất thế giới về thời tiết không gian và không gian gần Trái đất gây ra khí thải cực quang.
Mặt trời giải phóng một dòng ổn định của các hạt tích điện được gọi là gió mặt trời. Tiếp cận tầng khí quyển bị ion hóa của Trái đất, tầng điện ly, chúng tạo ra các phát xạ cực quang bằng các nguyên tử oxy và nitơ trong khí quyển. Trạng thái kích thích được giải phóng dưới dạng ánh sáng cực quang.
Vào cuối năm 2018, Palmroth đã xuất bản một cuốn sách có tựa đề ‘Revontulibongarin opas’ (‘Hướng dẫn cho người theo dõi aurora borealis’). Cuốn sách ra đời từ sự hợp tác của Palmroth với những người đam mê Ánh sáng phương Bắc và những câu trả lời mà cô cung cấp cho các câu hỏi về vật lý của hiện tượng này trong nhóm Facebook của những người có sở thích.
Hàng ngàn bức ảnh tuyệt đẹp về ánh sáng phương Bắc được chụp bởi những người có sở thích đã được khảo sát và phân loại cho cuốn sách. Mỗi dạng cực quang giống như dấu vân tay chỉ điển hình của một hiện tượng nhất định trong vùng cực quang. Trong quá trình phân loại, những người có sở thích chỉ ra rằng một hình thức cực quang nào đó không phù hợp với bất kỳ danh mục nào trước đó. Palmroth dành những hình thức bất thường này để xem xét sau này.
Bởi một sự trùng hợp gần như không thể tin được chỉ vài ngày sau khi cuốn sách được xuất bản, những người có sở thích đã nhìn thấy hình thức bất thường này một lần nữa và ngay lập tức thông báo cho Palmroth. Hình dạng xuất hiện dưới dạng một làn sóng nhuốm màu xanh lục và thậm chí giống như một dải mây hoặc cồn cát trên bãi biển đầy cát.
“Một trong những khoảnh khắc đáng nhớ nhất trong sự hợp tác nghiên cứu của chúng tôi là khi hiện tượng xuất hiện vào thời điểm cụ thể đó và chúng tôi đã có thể kiểm tra nó trong thời gian thực”, Matti Helin, nhà nghiên cứu thiên văn học phương Bắc nói.
Sóng vừa được tiết lộ bởi cực quang
Các cuộc điều tra về hiện tượng này đã được đưa ra với các quan sát sở thích và phương pháp khoa học kết hợp với nhau để giải thích các sóng.
“Nó giống như ghép một câu đố hoặc tiến hành công việc thám tử,” Helin nói. “Mỗi ngày chúng tôi tìm thấy những hình ảnh mới và đưa ra những ý tưởng mới. Cuối cùng, chúng tôi đã đi đến tận cùng của nó …”
Hiện tượng này được chụp cùng một lúc ở cả Laitila và Ruovesi, phía tây nam Phần Lan, với cùng một chi tiết được quan sát thấy trong phát xạ cực quang trong cả hai hình ảnh. Maxime Grandin, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm của Palmroth đã xác định các ngôi sao đằng sau sự phát xạ và xác định phương vị cùng độ cao của các ngôi sao với sự trợ giúp của chương trình phần mềm thiên văn học Stellarium. Điều này cho phép sử dụng các ngôi sao làm điểm tham chiếu khi tính toán độ cao và mức độ của hiện tượng cực quang.
Grandin phát hiện ra rằng các đụn cát cực quang xảy ra ở độ cao tương đối thấp 100 km ở phần trên của tầng quyển. Bước sóng của trường sóng được đo là 45 km.
Tổng cộng có bảy sự kiện tương tự – trong đó một camera đã ghi lại cùng một kiểu sóng – được xác định thêm từ dịch vụ ‘Taivaanvahti’ (‘Sky Watch’) được duy trì bởi Hiệp hội Nhà thiên văn nghiệp dư Phần Lan, Ursa.
Khu vực chưa được khám phá
Một phần của khu vực cực quang nơi bầu khí quyển trung tính điện của Trái đất gặp rìa không gian là một môi trường cực kỳ thách thức đối với các vệ tinh và các thiết bị sinh ra trong không gian khác. Palmroth nói đây là lý do tại sao nó là một trong những nơi ít được nghiên cứu nhất trên hành tinh của chúng ta.
“Do những khó khăn trong việc đo lường các hiện tượng khí quyển xảy ra ở độ cao từ 80 đến 120 km, đôi khi chúng tôi gọi khu vực này là” không gian vũ trụ “,” cô nói.
Các cồn cát đã được quan sát chính xác trong khu vực cụ thể của khu vực cực quang. Hiện tượng quan sát được đã hướng dẫn các nhà nghiên cứu hướng tới một nền tảng trung gian giữa nghiên cứu khí quyển và nghiên cứu không gian, vì phương pháp thông thường của vật lý không gian không thể giải thích nó một mình.
Sự khác biệt về độ sáng trong các sóng cồn có thể là do các sóng trong các hạt kết tủa đến từ không gian hoặc trong các nguyên tử oxy trong khí quyển bên dưới. Các nhà thiên văn học cuối cùng đã đề xuất rằng các cồn cát là kết quả của việc tăng mật độ nguyên tử oxy.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu phải xác định mức độ biến thiên về mật độ của các nguyên tử oxy gây ra bởi sóng trọng lực trong khí quyển dẫn đến trường sóng đồng đều và lan rộng như vậy. Thông thường ở độ cao nghiên cứu có nhiều loại sóng trọng lực khác nhau truyền theo các hướng khác nhau ở các bước sóng khác nhau, đó là lý do tại sao chúng không dễ dàng tạo thành các trường sóng chẵn được thể hiện bởi các cồn cát.
Cực quang chiếu sáng một lỗ thủy triều
Nghiên cứu cho thấy hiện tượng trong câu hỏi là một lỗ khoan mesospheric, một hiện tượng hiếm gặp và ít được nghiên cứu diễn ra trong thế giới. Hiện tượng thủy triều là một sóng phổ biến ở nhiều con sông, nơi thủy triều đi lên trên dòng sông.
Nhiều loại sóng trọng lực được sinh ra trong khí quyển và sau đó tăng lên. Trong những trường hợp rất hiếm, sóng trọng lực có thể bị lọc khi chúng tăng lên giữa lớp trung mô và lớp đảo ngược được hình thành không liên tục bên dưới lớp phủ. Lớp đảo ngược làm cho sóng được lọc uốn cong và cho phép chúng di chuyển quãng đường dài qua kênh mà không bị suy giảm.
Khi các nguyên tử oxy trong lỗ khoan va chạm với các electron kết tủa xuống bầu khí quyển, chúng trở nên phấn khích. Khi giải phóng sự kích thích này, chúng tạo ra ánh sáng cực quang. Đây là lý do tại sao các lỗ thông ở trung tâm – một hiện tượng được coi là một chủ đề nghiên cứu rất thách thức – đôi khi có thể được nhìn thấy bằng mắt thường.
Các nhà nghiên cứu không gian tập trung vào bầu khí quyển
Trước phát hiện này, các lỗ thông tầng không được quan sát thấy ở vùng cực quang cũng như không được điều tra thông qua phát xạ cực quang.
Toàn bộ khu vực cực quang thường được giảm trong các nghiên cứu tập trung vào lỗ khoan, vì khí thải cực quang làm suy yếu kỹ thuật được sử dụng để xác định các lỗ thông tầng.
Theo truyền thống, các nhà nghiên cứu chuyên về khí quyển và không gian đã nghiên cứu phần lớn các chủ đề quan tâm của họ tách biệt với nhau. Điều này là do chỉ có một số ít các cơ chế tương tác đã biết giữa tầng điện ly tắm trong các electron kết tủa và bầu khí quyển trung tính.
Với sự trợ giúp của các thiết bị đo lường do Viện Khí tượng Phần Lan vận hành, các đụn cát đã được tìm thấy xảy ra đồng thời và trong cùng khu vực nơi năng lượng điện từ có nguồn gốc trong không gian được truyền đến không gian vũ trụ.
“Điều này có thể có nghĩa là năng lượng được truyền từ không gian đến tầng điện ly có thể được liên kết với việc tạo ra lớp đảo ngược trong tầng quyển,” Palmroth nói. “Về mặt vật lý, đây sẽ là một khám phá đáng kinh ngạc, vì nó sẽ đại diện cho một cơ chế tương tác mới và không quan sát được trước đây giữa tầng điện ly và khí quyển.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Helsinki . Bản gốc được viết bởi Johanna Pellinen. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :