Als 2018 mysteriöse leuchtende grüne Streifen den finnischen Himmel erhellten, blieb dies für begeisterte Aurora-Verfolger nicht unbemerkt. Das Lichtmuster war ungewohnt und seltsam perfekt und reichte wie ein Satz himmlischer Sanddünen zum Horizont.
Sicher genug, die Lichtshow, die von den Bürgerwissenschaftlern als "die Dünen" bezeichnet wurde, stellte sich als eine neue Art von Aurora heraus. Diese Aurora wird durch den dramatischen Tanz von Gravitationswellen und Sauerstoffatomen gebildet, wie heute (29. Januar) in der Zeitschrift AGU Advances veröffentlicht wurde.
Der Weg zur Entdeckung begann vor Jahren, als eine Gruppe von Aurora-Enthusiasten Minna Palmroth, Professorin für Computer-Weltraumphysik an der Universität von Helsinki, eine E-Mail schickte und sie bat, sich ihrer Facebook-Gruppe anzuschließen. Das Ziel? Lassen Sie Palmroth die Physik hinter den Auroren erklären, die sie fotografierten.
Palmroth war glücklich, dies zu tun. Nach einer Weile bemerkte sie, dass sich ihre Antworten immer wieder wiederholten - und veröffentlichte einen Aurora-Leitfaden. Aber im Oktober 2018 kamen die Aurora-Verfolger mit Bildern einer rätselhaften Aurora zu ihr zurück.
"Dann wurde mir klar, dass oh nein ... ich habe diese noch nie gesehen", sagte Palmroth zu Live Science. Auf den ersten Blick schienen diese Streifen das Ergebnis von Gravitationswellen oder Dichtestörungen in der oberen Atmosphäre zu sein. Die obere Atmosphäre ist mit vielen verschiedenen Gravitationswellen durchzogen, die in verschiedene Richtungen verlaufen und unterschiedliche Frequenzen und Größen haben. Aber diese Erklärung schien nicht möglich zu sein, weil die Wellen so gleichmäßig verteilt waren.
Deshalb organisierten Palmroth und ihr Team am Abend des 7. Oktober eine Kampagne, bei der Wissenschaftler und Bürger in ganz Finnland zusammenkamen, um die Dünen zu fotografieren. Durch die Analyse dieser Fotos begann das Team, die Physik hinter dem Phänomen zu verstehen.
Dies ist nicht das erste Mal, dass Aurora-Verfolger ein neues himmlisches Phänomen identifizieren. Bürgerwissenschaftler entdeckten 2018 auch das liebevoll als STEVE bezeichnete Himmelslicht.
"Kooperationen mit Bürgerwissenschaftlern werden immer wichtiger, weil sie zu 'mobilen Sensoren' werden können, die leicht interessante Aurora verfolgen und neue Funktionen erfassen, die Wissenschaftler zuvor nicht bemerkt haben", sagte Toshi Nishimura, wissenschaftlicher Mitarbeiter Professor für Elektro- und Computertechnik in Boston Universitätszentrum für Weltraumphysik, das nicht Teil der Studie war.
Unsichtbare Gravitationswellen
Auroren entstehen, wenn die Sonne geladene Teilchen auf unseren Planeten schleudert. Diese Teilchen bewegen sich entlang der Magnetfeldlinien an den Polen unseres Planeten und schlagen in die Atome und Moleküle in unserer Atmosphäre ein, wodurch diese Moleküle Licht emittieren. Diese atemberaubenden Lichtshows können in vielen verschiedenen Formen und Farben erscheinen. Laut NASA leuchtet Sauerstoff grün und rot, während Stickstoff blau und lila leuchtet. Astronomen verwenden auch die Form von Auroren, um zu lernen, was in der oberen Atmosphäre passiert, in der sie sich bilden.
Während sich die meisten Auroren vertikal erstrecken, erstrecken sich die Dünen in welligen Wellen horizontal zum Äquator. Niemand habe zuvor eine solche wellenartige Struktur in einer Aurora beobachtet, sagte Palmroth.
Die Wissenschaftler theoretisieren, dass die Dünen eine Art seltene atmosphärische Gravitationswelle beleuchten, die als mesosphärische Bohrungen bezeichnet wird. Diese mesosphärischen Bohrungen treten auf, wenn eine in der Atmosphäre aufsteigende Gravitationswelle zwischen zwei relativ kälteren Schichten der Atmosphäre gebogen und eingeklemmt wird - der Inversionsschicht mit einer Höhe von 80 km und der Mesopause mit einer Höhe von 100 km .
In diesem Kanal breiten sich die Wellen horizontal und über große Entfernungen aus, ohne nachzulassen, wodurch alternierende Falten entstehen, die entweder mit Sauerstoff angereichert oder sauerstoffarm sind. Wenn die Elektronen von der Sonne einströmen, leuchten die Falten mit höherem Sauerstoffgehalt stärker als die sauerstoffarmen Stellen, wodurch die charakteristischen Streifen entstehen.
"Dies ist eine sehr interessante Beobachtung", sagte Steven Miller, der stellvertretende Direktor des Genossenschaftlichen Instituts für Atmosphärenforschung an der Colorado State University, der nicht Teil der Studie war. "Meine erste Reaktion beim Betrachten der Bilder war, dass dies atmosphärische Gravitationswellen sein könnten, die durch die aurorale Aktivität 'hervorgehoben' werden - es scheint, dass dies auch die Hypothese der Autoren ist."
Mesosphärische Bohrungen können für die in den Dünen beobachteten Muster verantwortlich sein, aber "Ich vermute, dass 'Dünen' tatsächlich eine Teilmenge einer viel weiter verbreiteten Region atmosphärischer Gravitationswellen sind, die zufällig von der Aurora hervorgehoben werden", sagte Miller gegenüber Live Science.
Durch die Verwendung von Sternen auf den Fotos als Referenzpunkte konnte das Team die Höhe der Dünen auf eine für Auroren typische Höhe von etwa 100 km berechnen. Diese schlecht untersuchte Region der Atmosphäre ist jedoch zu hoch, um mit Radargeräten und Luftballons gemessen zu werden, und zu niedrig, um Raumfahrzeuge zu senden, ohne dass sie verbrennen. So wird es manchmal die "Ignorosphäre" genannt, sagte Palmroth.
"Dies ist das erste Mal, dass diese Gravitationswellen beobachtet werden", sagte Palmroth. "Im Allgemeinen sind die Bohrungen eher ein seltenes Phänomen." Aber die Beobachtung der Dünen könnte mehr über die Bohrungen verraten, sagte Palmroth.
Zum Beispiel fanden Wissenschaftler heraus, dass die Dünen zur selben Zeit und in derselben Region auftreten, in der elektromagnetische Energie aus dem Weltraum in die obere Atmosphäre übertragen wird, was Palmroth vermutet, mit der Entstehung der mesosphärischen Bohrungen der Inversionsschicht in Verbindung gebracht werden könnte. "Wir wollen sehen, ob das wirklich stimmt", sagte sie.
