Trabalhando junto com pesquisadores espaciais, Os fotógrafos amadores finlandeses descobriram uma nova forma auroral. Chamadas de "dunas" pelos amadores, acredita-se que o fenômeno seja causado por ondas de átomos de oxigênio brilhando devido a uma corrente de partículas liberadas do sol.

No estudo publicado recentemente, as origens das dunas foram rastreadas até um guia de ondas formado dentro da mesosfera e seus limites, a mesopausa. O estudo também postula que esta nova forma auroral fornece aos pesquisadores uma nova maneira de investigar as condições na alta atmosfera.

O estudo foi publicado na primeira edição da revista de alto impacto AGU Advances .

Uma impressão digital desconhecida aparece no céu

Minna Palmroth, Professor de Física Espacial Computacional na Universidade de Helsinque, chefia um grupo de pesquisa que desenvolve a simulação mais precisa do mundo do espaço próximo à Terra e do clima espacial que causa emissões aurorais.

O sol libera um fluxo constante de partículas carregadas, conhecido como vento solar. Alcançando a alta atmosfera ionizada da Terra, a ionosfera, eles criam emissões aurorais ao excitar átomos de oxigênio e nitrogênio atmosféricos. O estado de excitação é liberado como luz auroral.

No final de 2018, Palmroth publicou um livro intitulado "Revontulibongarin opas" ("Um guia para observadores da aurora boreal"). O livro nasceu da cooperação de Palmroth com os entusiastas da Aurora Boreal e das respostas que ela forneceu a perguntas sobre a física do fenômeno no grupo de amadores do Facebook.

Milhares de fotografias magníficas da Aurora Boreal tiradas por amadores foram pesquisadas e categorizadas para o livro. Cada forma auroral é como uma impressão digital, típico apenas de um determinado fenômeno na zona auroral. Durante a classificação, amadores apontaram que uma certa forma auroral não se encaixava em nenhuma das categorias pré-existentes. Palmroth deixou de lado essas formas incomuns para consideração posterior.

Por uma coincidência quase inacreditável, poucos dias depois que o livro foi publicado, os amadores viram essa forma incomum novamente e informaram imediatamente a Palmroth. A forma apareceu como um padrão tingido de verde e uniforme de ondas, semelhante a um véu listrado de nuvens ou dunas em uma praia arenosa.

"Um dos momentos mais memoráveis ​​de nossa colaboração em pesquisa foi quando o fenômeno apareceu naquele momento específico e pudemos examiná-lo em tempo real, "diz o aquarista da Aurora Boreal e astronomia Matti Helin.

Ondas recém-reveladas pela aurora

As investigações sobre o fenômeno foram lançadas, com observações de amadores e métodos científicos se reunindo para explicar as ondas.

"Era como montar um quebra-cabeça ou conduzir um trabalho de detetive, "diz Helin." Todos os dias encontramos novas imagens e surgimos com novas ideias. Eventualmente, chegamos ao fundo disso ... "

O fenômeno foi fotografado ao mesmo tempo em Laitila e Ruovesi, sudoeste da Finlândia, com o mesmo detalhe observado na emissão auroral em ambas as imagens. Maxime Grandin, um pesquisador de pós-doutorado na equipe de Palmroth, identificou estrelas por trás da emissão e determinou os azimutes e elevações das estrelas com a ajuda do programa de software de astronomia Stellarium. Isso tornou possível usar as estrelas como pontos de referência no cálculo da altitude e extensão do fenômeno auroral.

Grandin descobriu que as dunas aurorais ocorrem a uma altitude relativamente baixa de 100 quilômetros, nas partes superiores da mesosfera. O comprimento de onda do campo de onda foi medido em 45 quilômetros.

Um total de sete eventos semelhantes - onde uma câmera registrou o mesmo padrão uniforme de ondas - foram identificados a partir do serviço "Taivaanvahti" ("Sky Watch ') mantido pela Associação de Astrônomos Amadores da Finlândia, Ursa.

Região inexplorada

A parte da zona auroral onde a atmosfera eletricamente neutra da Terra encontra a borda do espaço é um ambiente extremamente desafiador para satélites e outros instrumentos transportados pelo espaço. Palmroth diz que é por isso que é um dos lugares menos estudados do nosso planeta.

“Devido às dificuldades em medir os fenômenos atmosféricos que ocorrem entre 80 e 120 quilômetros de altitude, às vezes chamamos esta área de 'a ignorosfera, '" ela diz.

As dunas foram observadas precisamente naquela região particular da zona auroral. O fenômeno observado guiou os pesquisadores para um meio termo entre a pesquisa atmosférica e a pesquisa espacial, já que a metodologia usual da física espacial não poderia explicar isso sozinha.

"As diferenças de brilho dentro das ondas de duna podem ser devido a qualquer uma das ondas nas partículas precipitantes vindas do espaço, ou nos átomos de oxigênio atmosféricos subjacentes, "diz Palmroth." Acabamos propondo que as dunas são o resultado do aumento da densidade de átomos de oxigênio. "

Próximo, a equipe teve que determinar como a variabilidade na densidade dos átomos de oxigênio causada por ondas gravitacionais na atmosfera resulta em um campo de ondas tão uniforme e amplo. Normalmente, na altitude de estudo, existem muitos tipos diferentes de ondas de gravidade viajando em diferentes direções em diferentes comprimentos de onda, é por isso que eles não formam facilmente os campos de ondas regulares exibidos pelas dunas.

As luzes do norte iluminam um poço de maré

O estudo sugere que o fenômeno em questão é um furo mesosférico, um fenômeno raro e pouco estudado que ocorre na mesosfera. O fenômeno da perfuração da maré é uma onda comum a muitos rios, onde a maré sobe o canal do rio.

Vários tipos de ondas gravitacionais nascem na atmosfera e sobem. Em casos muito raros, as ondas de gravidade podem ser filtradas à medida que sobem entre a mesopausa e uma camada de inversão que se forma intermitentemente abaixo da mesopausa. A camada de inversão faz as ondas filtradas se curvarem e permite que elas percorram longas distâncias através do canal sem atenuação.

Quando os átomos de oxigênio no furo colidem com os elétrons precipitando na atmosfera, eles ficam animados. Ao liberar essa excitação, eles criam a luz auroral. É por isso que furos mesosféricos - um fenômeno até agora considerado um assunto muito desafiador de pesquisa - podem ser vistos ocasionalmente a olho nu.

Pesquisadores espaciais se concentram na atmosfera

Antes desta descoberta, furos mesosféricos não foram observados na zona auroral, nem foram investigados por meio de emissões aurorais.

"A zona auroral como um todo é geralmente desconsiderada em estudos focados na perfuração, como as emissões aurorais prejudicam a técnica usada para identificar os furos mesosféricos, "diz Palmroth.

Tradicionalmente, pesquisadores especializados na atmosfera e no espaço investigaram amplamente seus tópicos de interesse separados uns dos outros. Isso ocorre porque há apenas um punhado de mecanismos conhecidos de interação entre a ionosfera que se banha nos elétrons precipitantes, e a atmosfera neutra.

Com a ajuda de dispositivos de medição operados pelo Instituto Meteorológico Finlandês, as dunas ocorrem simultaneamente e na mesma região onde a energia eletromagnética originada no espaço é transferida para a ignorosfera.

"Isso pode significar que a energia transmitida do espaço para a ionosfera pode estar ligada à criação da camada de inversão na mesosfera, "diz Palmroth." Em termos de física, esta seria uma descoberta surpreendente, uma vez que representaria um mecanismo novo e anteriormente não observado de interação entre a ionosfera e a atmosfera. "