2022. aasta jõuluööl maapinnalt nähtud hiiglaslik ühtlane aurora on kinnitatud polaarvihma auroraks. See oli esimene polaarvihma aurora maapealne vaatlus. Erinevalt tüüpilisest aurorast, mida juhivad Maa magnetosfääri magnetsabasse salvestatud langevad elektronid, moodustuvad polaarvihma aurora elektronid, mis liiguvad otse päikesekroonist maa polaarsetesse piirkondadesse mööda avatud magnetvälja jooni, et kulmineeruda "polaarseks". vihma” elektronsade, mis tekitavad koostoimel atmosfääri hapniku- ja lämmastikuaatomitega optilisi emissioone.
Virmaliste lugu, värvikirevad ja pimestavad valgusshow'd (põhjapoolusel nimetatakse neid virmalisteks ehk aurora borealis'eks ja lõunapoolusel lõunavalgusteks ehk Aurora Australis'eks), algab Päikese atmosfääri kroonkihis. Selle Päikese atmosfäärikihi temperatuur on äärmiselt kõrge. Kui fotosfääri kihi ( mida peetakse Päikese pinnaks, kuna just seda saame valgusega jälgida) temperatuur on umbes 6000 kelvinit, siis koroona keskmine temperatuur on 1–2 miljonit kelvinit nn koroona kuumenemise paradoksi tõttu. Nii kõrge temperatuur muudab koroona ülekuumenenud plasma kihiks. Päikesetuul, mis koosneb väga energilistest elektriliselt laetud osakestest (nagu elektronid, prootonid, alfaosakesed ja rasked ioonid), kiirgub pidevalt kroonkihist igas suunas, sealhulgas Maa suunas.
Energeetilise laenguga osakeste teekond päikeselt maale ei ole lihtne ja arusaadav. Tavaliselt suunatakse ioniseeritud osakesed maa magnetvälja (magnetosfääri) poolt kõrvale, mistõttu eluvormid ja elektrisüsteemid maa peal jäävad päikesetuule kahjulikest mõjudest puutumata.
Laetud osakeste massilise Päikesest väljutamise korral, nagu Coronal Mass Ejection (CME) puhul, saab aga Maa magnetosfäär ülekoormatud ja tekib magnettorm. Torm pingestab magnetosfääri, kuni see klõpsab tagasi, paiskades mõned laetud osakesed Maa poole.
Magnetvälja tagasitõmbuv riba tõmbab päikesetuules olevad elektronid alla polaaraladele, kus aurorasid täheldatakse 100-300 km kõrgusel atmosfääri ülakihtides. Prootonite ja teiste ioonide panus päikesetuules aurora moodustumisse on tühine.
Aurora on põhimõtteliselt hapniku- ja lämmastikuaatomite optilised emissioonid, mida ergastavad magnetosfäärist maa suletud magnetvälja jõujooni mööda sadestunud energilised elektronid (elektronenergeetiline sadestumine ehk EEP tähendab elektronide energia sadestumist atmosfääri). Energeetiliste elektronide koostoime hapnikuga atmosfääris põhjustab rohelist ja punast värvi, samas kui lämmastikuga koostoime põhjustab siniste ja sügavpunaste toonide teket.
Seega juhivad aurora moodustumist magnetsabasse (maa magnetosfääri piirkonda, mille päikesetuul pühib päikesest eemale suureks sabaks) talletatud langevad elektronid. Magnetosfääris salvestatud elektronid saavad energiat päikesetuule mõjul ja sadestuvad seejärel polaaraladel atmosfääri puhangutena, tekitades aurora.
Polaarvihm Aurora
Kuid harva moodustuvad aurorad elektronide kaudu, mis liiguvad otse päikesekroonist Maa polaarsetesse piirkondadesse mööda avatud magnetvälja jooni, et kulmineeruda "polaarvihma" elektronide sadenemisega. Sellist elektronsadet peetakse intensiivseks, kui päikesetuule tihedus on madal. Selliste elektronide tekitatud optilised emissioonid on nõrgad ja moodustunud aurorat nimetatakse polaarvihma auroraks.
Satelliidid on kosmosest paaril korral vaadelnud polaarvihma auroraid. Maapealsed rajatised ei tuvastanud aga ühtegi juhtumit.
25. – 26 . detsembril 2022 jäädvustasid Arktika piirkonnas maapealsed kaamerad ebatüüpilise virmalise, kui päikesetuul oli peaaegu kadunud. Vaadeldud virmalised olid ühtlase suurusega ja hiiglaslikud. Need ei näinud välja nagu tavalised virmalised. Tüüpiline polaarmütsi virmaline on värvikas pimestav valgusshow, mis kujutab vikerkaarelaadsete valgusvoogude dünaamilist mustrit. Need võivad ilmuda kardinate, kiirte, spiraalide või muutuvate virvendustena. Teeta-virmalised näevad satelliitide abil ülalt vaadates välja nagu kreeka täht teeta (ovaalne, mille keskpunkti läbib joon). Teeta-virmalisi nimetatakse ka transpolaarseteks kaareks, kuna ülalt vaadates on need suured. Päikesega joondunud kaared on väikesed ja tuhmid virmaliste kaared, mida vaadeldakse maapealsetest observatooriumidest. Kaarte üks ots on suunatud Päikese poole, seetõttu nimetatakse neid Päikesega joondunud kaareks.
2022. aasta jõuluööl vaadeldud aurora oli sile, hajutatud ja hiiglasliku suurusega. See ei näinud välja nagu tüüpiline aurora, mistõttu arvati, et see on polaarvihma aurora. Selle kinnitamiseks uurisid teadlased seda satelliidipõhiste ja maapealsete andmete abil.
Satelliidipildid näitasid, et polaarmütsi piirkond oli alguses täiesti tühi. Polaarmüts hakkas 25. detsembril täituma nõrga hajusa virmalisega . Seejärel kattis peaaegu kogu polaarmütsi piirkond intensiivsete, kuid vähem struktureeritud emissioonidega. See polaarmütsi ulatuslik täitumine hajusate virmalistega kestis umbes 28 tundi. Intensiivne emissioon polaarmütsi sees hakkas 26. detsembri hommikul hääbuma ja mõne tunni jooksul oli virmaliste struktuur normaliseerunud ning polaarmüts oli taas tühi.
Polaarvihma elektronide sadenemine toimub tavaliselt ainult ühel poolkeral, sõltuvalt planeetidevahelise magnetvälja (IMF) orientatsioonist. Samaaegsed satelliidipildid näitasid põhjapoolkera polaarkorgi täielikku täitumist, samal ajal kui lõunapoolkera polaarkork oli tühi. See täheldatud poolkeradevaheline asümmeetria ja IMF-i eeldatav orientatsioon viitasid tugevalt sellele, et põhjapoolkera polaarkorgi sees tuvastatud ulatuslik aurora oli polaarvihma aurora. Poolkeradevaheline asümmeetria oli näha ka elektronide andmetes. Samuti oli korrelatsioon päikesetuule kadumise aja ja polaarkorgi täitumise aja vahel väga hea.
Arktika linnas Longyearbyenis asuva maapealse rajatise optilised mõõtmised näitasid, et elektronide sademe peamise komponendi moodustasid kõrge energiaga elektronid (>1 keV). Satelliit täheldas ka kõrge energiaga elektronide sissevoolu. Selle tulemusena olid virmalised maapinnalt nähtavad erkrohekate kiirgustena.
Varasemas uuringus näidati, et polaarvihma aurora liigub päikese poole 150 meetrit sekundis. 2022. aasta jõuluööl nähtud ebatüüpilise aurora puhul näitas ristlõike optiliste andmete analüüs, et aurora levis päikesevastases suunas, kuid maapinnalt vaadatuna oli aurora kiirus kaks kuni kolm korda suurem.
Nii oli 2022. aasta jõuluööl maapinnalt nähtav hiiglaslik ühtlane aurora polaarvihma aurora. See oli esimene polaarvihma aurora maapealne vaatlus, mis on Päikese ja Maa keerulise ühenduse ainulaadne aspekt.
***
viited:
- Hosokawa, K. et al 2024. Erakordselt hiiglaslik aurora polaarkübaras päeval, mil päikesetuul peaaegu kadus. TEADUSE EDENDUSED. 21. juuni 2024. 10. köide, 25. väljaanne. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Saadaval aadressil https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
