Λύθηκε το μυστήριο για την προέλευση του φωτός που εκπέμπει το Βόρειο Σέλας

 

Το aurora borealis, ή βόρειο σέλας, θα μπορούσε εύκολα να περιγραφεί ως η μεγαλύτερη έκθεση φωτός της Γης. Ένα φαινόμενο που είναι ορατό κυρίως στους πόλους της γης, έχει προκαλέσει δέος και ερωτηματικά στους επιστήμονες εδώ και αιώνες.

Το μυστήριο γύρω από αυτό που προκαλεί το βόρειο σέλας έχει γίνει αντικείμενο υποθέσεων, αλλά δεν έχει αποδειχθεί μέχρι τώρα.

Το μεγάλο μυστήριο επιλύθηκε τελικά

Μια ομάδα φυσικών από το κρατικό πανεπιστήμιο της Αϊόβα απέδειξε ότι οι «πιο λαμπρές αύρες παράγονται από ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά κύματα κατά τη διάρκεια των γεωμαγνητικών καταιγίδων», σύμφωνα με μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη.

Η μελέτη δείχνει ότι αυτά τα φαινόμενα, γνωστά και ως κύματα Alfven, επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια προς τη Γη, προκαλώντας τα σωματίδια να παράγουν το φως που γνωρίζουμε ως το βόρειο σέλας.

«Οι μετρήσεις αποκάλυψαν ότι αυτός ο μικρός πληθυσμός ηλεκτρονίων υφίσταται «ηχητική επιτάχυνση» από το ηλεκτρικό πεδίο του κύματος Alfven. Αυτό μπορεί να παρομοιαστεί με ένα σέρφερ που πιάνει ένα κύμα και συνεχώς επιταχύνεται καθώς ο ίδιος κινείται μαζί με το κύμα», δήλωσε ο Greg Howes, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Σημειώνεται πως αυτή η ιδέα των ηλεκτρονίων «σερφ» στο ηλεκτρικό πεδίο είναι μια θεωρία που εισήχθη για πρώτη φορά το 1946 από έναν Ρώσο φυσικό, τον Lev Landau, και ονομάστηκε «απόσβεση του Landau». Η θεωρία του έχει πλέον αποδειχθεί.

Εξηγώντας ξανά το βόρειο σέλας

Παρόλο του ότι οι επιστήμονες έχουν καταλάβει εδώ και δεκαετίες πώς δημιουργείται η αύρα, τώρα μπόρεσαν να την προσομοιώσουν, για πρώτη φορά, σε εργαστήριο της συσκευής Large Plasma (LPD) στη Βασική Διευκόλυνση Επιστήμης Πλασμάτων της UCLA.

Πιο αναλυτικά, χρησιμοποίησαν ένα θάλαμο μήκους 20 μέτρων για να αναδημιουργήσουν το μαγνητικό πεδίο της γης χρησιμοποιώντας τα ισχυρά πηνία μαγνητικού πεδίου στο LPD του UCLA. Μέσα στο θάλαμο, οι επιστήμονες δημιούργησαν πλάσμα παρόμοιο με αυτό που υπάρχει στο διάστημα κοντά στη Γη.

«Χρησιμοποιώντας μια ειδικά σχεδιασμένη κεραία, ξεκινήσαμε τα κύματα Alfven κάτω από το μηχάνημα, σαν να κουνάμε γρήγορα ένα λάστιχο νερού πάνω και κάτω, και βλέποντας το κύμα να κινείται μέσα σε αυτό», δήλωσε ο Howes.

Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούταν με την διαδικασία του «σερφ» που περιγράφηκε παραπάνω κατά μήκος του κύματος, χρησιμοποίησαν ένα άλλο εξειδικευμένο όργανο για να μετρήσουν πώς αυτά τα ηλεκτρόνια επωφελήθηκαν απο την ενέργεια του κύματος.

 

To βόρειο σέλας όπως φαίνεται απο την Ισλανδία

Παρόλο που το πείραμα δεν αναδημιούργησε την πολύχρωμη λάμψη που βλέπουμε στον ουρανό, «οι μετρήσεις μας στο εργαστήριο συμφώνησαν σαφώς με προβλέψεις από προσομοιώσεις υπολογιστών και μαθηματικούς υπολογισμούς, αποδεικνύοντας ότι τα ηλεκτρόνια που κάνουν κύματα σε κύματα Alfven μπορούν να επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια (σε ταχύτητες 45) εκατομμύρια μίλια/ώρα που προκαλούν την αύρα»,είπε ο Howes. Αυτά τα πειράματα μας επιτρέπουν να κάνουμε τις βασικές μετρήσεις που δείχνουν ότι οι διαστημικές μετρήσεις και η θεωρία εξηγούν, πράγματι, έναν σημαντικό τρόπο με τον οποίο δημιουργείται το σέλας», δήλωσε ο Craig Kletzing, συν-συγγραφέας της μελέτης.

Οι επιστήμονες του διαστήματος σε όλη τη χώρα ήταν ανυπόμονοι για να ακούσουν τα νέα. «Ήμουν εξαιρετικά ενθουσιασμένος. Είναι πολύ σπάνιο να βλέπω ένα εργαστηριακό πείραμα που επικυρώνει μια θεωρία ή μοντέλο σχετικά με το διαστημικό περιβάλλον», δήλωσε ο Patrick Koehn, επιστήμονας στο τμήμα Ηλιοφυσικής της NASA.

«Ο χώρος είναι πολύ μεγάλος για εύκολη προσομοίωση στο εργαστήριο» συμπλήρωσε.

Ο Koehn πιστεύει ότι η κατανόηση του μηχανισμού επιτάχυνσης για τα ηλεκτρόνια που προκαλούν το σέλας θα είναι χρήσιμη για πολλές μελέτες στο μέλλον.

«Μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τον διαστημικό καιρό. Ο μηχανισμός επιτάχυνσης ηλεκτρονίων που έχει επαληθευτεί από αυτό το έργο λειτουργεί και αλλού στο ηλιακό σύστημα, οπότε θα βρει πολλές εφαρμογές στη διαστημική φυσική. Θα είναι χρήσιμο και στην πρόβλεψη του διαστημικού καιρού, κάτι για το οποίο η NASA ενδιαφέρεται πολύ», είπε ο Koehn στο CNNi.

Υπάρχει πολύς δρόμος ακόμη

Τώρα που έχει αποδειχθεί η θεωρία του πώς δημιουργείται το φως απο το βόρειο σέλας, υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για να προβλέψουμε πόσο ισχυρή θα είναι κάθε καταιγίδα.

«Η πρόβλεψη του πόσο ισχυρή θα είναι μια συγκεκριμένη γεωμαγνητική καταιγίδα, με βάση τις παρατηρήσεις του Ήλιου και τις μετρήσεις από το διαστημικό σκάφος μεταξύ της Γης και του Ήλιου, παραμένει μια άλυτη πρόκληση», δήλωσε ο Howes, ενώ κατέληξε λέγοντας πως «έχουμε διαπιστώσει τη σύνδεση των ηλεκτρονίων που κυμαίνονται στα κύματα Alfven περίπου 10.000 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης και τώρα πρέπει να μάθουμε πώς να προβλέπουμε τη δύναμη αυτών των κυμάτων Alfven χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις διαστημικών σκαφών».