Quando nel 2018 misteriose strisce luminose di verde hanno illuminato i cieli finlandesi, non è passato inosservato agli avidi cacciatori di aurora. Il modello di luce era sconosciuto e stranamente perfetto, proteso verso l'orizzonte come una serie di dune di sabbia celesti.
Abbastanza sicuro, lo spettacolo di luci soprannominato dagli scienziati cittadini come "le dune" si è rivelato essere un nuovo tipo di aurora. Questa aurora è formata dalla danza drammatica delle onde di gravità e degli atomi di ossigeno, secondo i nuovi risultati pubblicati oggi (29 gennaio) sulla rivista AGU Advances.
Il percorso alla scoperta è iniziato anni fa quando un gruppo di appassionati di aurora ha inviato un'e-mail a Minna Palmroth, una professoressa di fisica computazionale spaziale all'Università di Helsinki, chiedendole di unirsi al loro gruppo Facebook. L'obiettivo. il gol? Chiedi a Palmroth di spiegare la fisica dietro le aurore che stavano fotografando.
Palmroth era felice di farlo. Dopo un po ', si rese conto che le sue risposte stavano diventando ripetitive, quindi ha continuato a pubblicare una guida aurora. Ma nell'ottobre 2018, gli inseguitori dell'aurora sono tornati da lei con le immagini di un'aurora sconcertante.
"Poi ho capito che oh no ... non li avevo mai visti prima", ha detto Palmroth a Live Science. A prima vista, queste strisce sembravano il risultato di onde gravitazionali o disturbi della densità nell'atmosfera superiore. L'atmosfera superiore è striata da molte onde di gravità diverse che corrono in direzioni diverse e sono di frequenze e dimensioni diverse. Ma quella spiegazione non sembrava possibile, perché le onde erano così uniformemente diffuse.
Così Palmroth e il suo team hanno organizzato una campagna per la sera del 7 ottobre, riunendo scienziati e cittadini in tutta la Finlandia per fotografare le dune. Analizzando queste fotografie, il team ha iniziato a capire la fisica dietro il fenomeno.
Questa non è la prima volta che i cacciatori di aurore hanno identificato un nuovo fenomeno celeste; i cittadini scienziati hanno anche scoperto il bagliore del cielo soprannominato affettuosamente STEVE nel 2018.
"Le collaborazioni con cittadini scienziati stanno diventando sempre più importanti perché possono diventare" sensori mobili "che inseguono facilmente aurore interessanti e catturano nuove funzionalità che gli scienziati non hanno notato prima", ha dichiarato Toshi Nishimura, professore associato di ingegneria elettrica e informatica a Boston Centro universitario per la fisica dello spazio, che non faceva parte dello studio.
Onde gravitazionali invisibili
Le aurore si verificano quando il sole lancia particelle cariche verso il nostro pianeta. Quelle particelle viaggiano lungo le linee del campo magnetico ai poli del nostro pianeta e si schiantano contro gli atomi e le molecole della nostra atmosfera, causando l'emissione di luce da parte di quelle molecole. Questi incredibili spettacoli di luci possono presentarsi in diverse forme e colori; l'ossigeno si illumina di verde e rosso mentre l'azoto si illumina di blu e viola, secondo la NASA. Gli astronomi usano anche la forma delle aurore per imparare cosa sta succedendo nell'atmosfera superiore dove si formano.
Mentre la maggior parte delle aurore si estende verticalmente, le dune si estendono verso l'equatore orizzontalmente in onde ondulate. Nessuno aveva mai osservato una struttura simile a un'onda in un'aurora prima, ha detto Palmroth.
Gli scienziati teorizzano che le dune stanno illuminando un tipo di rara onda di gravità atmosferica chiamata fori mesosferici. Questi fori mesosferici si verificano quando un'onda di gravità che si alza nell'atmosfera viene piegata e inserita tra due strati relativamente più freddi dell'atmosfera: lo strato di inversione, alto 80 chilometri, e la mesopausa, alto 100 miglia .
In questo canale, le onde si propagano in orizzontale e su lunghe distanze senza placarsi, creando pieghe alternate che si arricchiscono di ossigeno o si esauriscono di ossigeno. Quando gli elettroni del sole entrano, le pieghe con livelli di ossigeno più elevati si illuminano più dei luoghi privi di ossigeno, creando le strisce caratteristiche.
"Questa è un'osservazione molto interessante", ha dichiarato Steven Miller, vicedirettore del Cooperative Institute for Research in Atmosphere presso la Colorado State University, che non faceva parte dello studio. "La mia prima reazione nel vedere le immagini è stata che quelle potrebbero essere onde gravitazionali atmosferiche che vengono" evidenziate "dall'attività aurorale - sembra che questa sia anche l'ipotesi degli autori."
I fori mesosferici possono spiegare gli schemi osservati nelle dune, ma "suppongo che le" dune "siano in realtà un sottoinsieme di una regione molto più diffusa di onde gravitazionali atmosferiche che sembrano essere evidenziate dall'aurora", ha detto Miller a Live Science.
Usando le stelle nelle foto come punti di riferimento, il team è stato in grado di calcolare l'altitudine delle dune a circa 100 miglia di altezza, tipica delle aurore. Ma questa regione dell'atmosfera mal studiata è troppo alta per essere misurata con radar e palloncini e troppo bassa per inviare veicoli spaziali senza che si brucino. Quindi a volte viene chiamata "ignorosfera", ha detto Palmroth.
"Questa è la prima volta che si osservano queste onde di gravità", ha detto Palmroth. "In generale i fori sono piuttosto un fenomeno raro." Ma osservare le dune potrebbe rivelare di più sui fori, ha affermato Palmroth.
Ad esempio, gli scienziati hanno scoperto che le dune si verificano allo stesso tempo e nella stessa regione in cui l'energia elettromagnetica dallo spazio si trasferisce nell'atmosfera superiore, che Palmroth sospetta potrebbe essere connessa alla creazione dei fori mesosferici dello strato di inversione. "Vogliamo vedere se questo è davvero vero", ha detto.
