В течение многих лет ученые предполагали, что сияние вокруг северного полюса было идентичным сиянию вокруг южного полюса. Полюса связаны линиями магнитного поля, а полярные сияния вызваны потоком заряженных частиц вдоль этих линий поля. Поскольку заряженные частицы следуют за этими линиями поля, имело бы смысл, что полярные сияния были бы зеркальным отображением друг друга.

Однако в 2009 году ученые обнаружили, что сияние вокруг северного и южного полюсов может выглядеть по-разному , в том числе иметь разные формы и встречаться в разных местах — это явление называется асимметрией .

Теперь новое исследование в журнале Geophysical Research : Space Physics, публикации Американского геофизического союза, объясняет, как возникает эта асимметрия и вызывает различия в полярных сияниях у полюсов Земли. Новое исследование показало, что различия в полярных сияниях, вероятно, вызваны сжатием земного магнитного хвоста — магнитного хвоста, который простирается от нашей планеты — солнечным ветром и магнитным полем Солнца.

Когда солнечное магнитное поле, прибывающее на Землю, указывает в направлении восток-запад, оно по-разному взаимодействует с магнитным полем Земли на севере и на юге. Это приводит к асимметричной нагрузке давления на магнитное поле Земли и вносит наклон в магнитное поле Земли на ночной стороне Земли. Наклон объясняет, почему сияние иногда может иметь разные формы и встречаться в разных местах в двух полярных регионах.

Новое открытие противоречит предыдущим теориям об асимметрии, которые предполагали, что это было вызвано разрывом и повторным соединением линий магнитного поля в магнитном хвосте Земли, процесс, называемый переподключением хвоста. Новое исследование обнаруживает, что на самом деле переподключение хвоста уменьшает эту асимметрию.

«Причина, по которой это интересно, заключается в том, что ранее мы думали, что асимметрия в системе проникает в магнитосферу с помощью механизма, называемого переподключением хвоста», — сказал доктор философии Андерс Ома. кандидат в университете Бергена в Норвегии, и ведущий автор нового исследования. «Эта статья показывает, что вполне возможно, что на самом деле все наоборот: это переподключение в хвосте магнитопровода фактически уменьшает асимметрию».

Новое исследование не только объясняет, почему северное и южное сияние выглядят по-разному на ночном небе, но также помогает ученым лучше понять взаимодействие между Землей и Солнцем. Эти знания важны для точного прогнозирования местоположения и времени событий космической погоды, которые могут создать хаос для наших электрических сетей, спутников и астронавтов в космосе.

Соответствующая статья в журнале Annales Geophysicae подробно описывает асимметрию, замеченную во время геомагнитной бури в августе 2001 года, и демонстрирует важность рассмотрения геопространства или взаимодействий между Солнцем и Землей как асимметричной системы.

«Без учета этих асимметрий наше понимание системы Солнце-Земля будет далеко не полным, и модели не смогут точно предсказать местоположение и время появления геопространственных явлений», — сказал Николай Остгаард, профессор и глава Центра космических наук Биркеланд. в университете Бергена в Норвегии, и ведущий автор исследования в Annales Geophysicae .

Генерирующее сияние

Ядро Земли генерирует магнитное поле, распространяющееся в космическом пространстве вокруг нашей планеты, образуя магнитный щит, называемый магнитосферой, который защищает Землю от заряженных частиц, исходящих от Солнца. Солнце излучает свое собственное магнитное поле, называемое межпланетным магнитным полем, или МВФ, которое переносится солнечным ветром и взаимодействует с магнитным полем Земли.

В определенных условиях на дневной стороне Земли линии межпланетного магнитного поля Солнца и линии магнитного поля Земли могут разрываться и пересекаться, соединяя магнитное поле Земли с МВФ. Солнечный ветер, исходящий от Солнца, перемещает эти скрещенные силовые линии к ночной стороне Земли и растягивает его в хвост, называемый хвостом магнита, который простирается от Земли.

В конце концов, эти пересеченные линии поля разделяются, и линии поля Земли воссоединяются с линиями поля Земли, а линии поля МВФ воссоединяются с линиями поля МВФ. Как только линии поля закрыты, они возвращаются к Земле, ускоряя частицы поблизости и вызывая авроральные проявления в верхних слоях атмосферы Земли.

Поскольку эти линии поля могут не являться линиями поля, изначально связанными друг с другом, ученые полагали, что эти новые линии поля могут быть не симметрично выровнены, а могут быть скручены и связаны с Землей в разных местах в северном и южном полушарии. Они думали, что это переподключение хвоста вызвало различия в сиянии в северном и южном полушариях.

Но новое исследование показывает, что это не так. Новое исследование изучило несколько изображений асимметричного сияния в северном и южном полушариях одновременно и то, как эти сияния развивались с течением времени, чтобы они могли видеть одно и то же явление, происходящее снова и снова. Затем они связали это с активностью в хвосте магнитопровода.

Новое исследование показывает, что авроральная асимметрия уменьшается по мере прогрессирования пересоединения хвоста. Кроме того, асимметрия сохраняется, даже если происходит незначительное переподключение. Итак, новое исследование показывает, что переподключение хвоста не несет ответственности за асимметрию.

Вместо этого новое исследование обнаруживает, что именно различия в давлении, оказываемом на хвост магнитопровода, вызывают эти авроральные различия. Магнитный хвост постоянно сжимается солнечным ветром и МВФ, и именно это неравномерное сжатие на нем со всех сторон вызывает различия в авроральных дисплеях на двух полюсах. Сжатие зависит от ориентации МВФ.

«Это исследование объясняет как создается асимметрия, так и ее устранение, и это совершенно противоположно тому, что я и многие исследователи думали», — сказал Майк Лаймон, главный редактор JGR-Space Physics . «Таким образом, этот результат является своего рода большим делом».