Trabajando junto con investigadores espaciales, Los fotógrafos aficionados finlandeses han descubierto una nueva forma de auroras. Llamadas "dunas" por los aficionados, Se cree que el fenómeno es causado por ondas de átomos de oxígeno que brillan debido a una corriente de partículas liberadas por el Sol.

En el estudio publicado recientemente, los orígenes de las dunas se rastrearon hasta una guía de ondas formada dentro de la mesosfera y su límite, la mesopausia. El estudio también postula que esta nueva forma auroral proporciona a los investigadores una forma novedosa de investigar las condiciones en la atmósfera superior.

El estudio fue publicado en el primer número de la revista de alto impacto. Avances de AGU .

Aparece una huella dactilar desconocida en el cielo

Minna Palmroth, Catedrático de Física Espacial Computacional en la Universidad de Helsinki, encabeza un grupo de investigación que desarrolla la simulación más precisa del mundo del clima espacial y espacial cercano a la Tierra que causa emisiones aurorales.

El sol libera un flujo constante de partículas cargadas, conocido como el viento solar. Alcanzando la atmósfera superior ionizada de la Tierra, la ionosfera, crean emisiones aurorales al excitar los átomos de nitrógeno y oxígeno atmosférico. El estado de excitación se libera como luz auroral.

A finales de 2018, Palmroth publicó un libro titulado "Revontulibongarin opas" ("Una guía para los observadores de la aurora boreal"). El libro nació de la cooperación de Palmroth con los entusiastas de la aurora boreal y las respuestas que proporcionó a las preguntas sobre la física del fenómeno en el grupo de Facebook de aficionados.

Miles de magníficas fotografías de la aurora boreal tomadas por aficionados fueron encuestadas y categorizadas para el libro. Cada forma de auroral es como una huella digital, típico sólo de un cierto fenómeno en la zona auroral. Durante la clasificación, los aficionados señalaron que cierta forma auroral no encajaba en ninguna de las categorías preexistentes. Palmroth dejó a un lado estas formas inusuales para su posterior consideración.

Por una coincidencia casi increíble, pocos días después de la publicación del libro, los aficionados volvieron a ver esta forma inusual e inmediatamente informaron a Palmroth. La forma apareció como un patrón de olas teñido de verde y uniforme que se asemeja a un velo rayado de nubes o dunas en una playa de arena.

"Uno de los momentos más memorables de nuestra colaboración en la investigación fue cuando el fenómeno apareció en ese momento específico y pudimos examinarlo en tiempo real, "dice el aficionado a la aurora boreal y la astronomía Matti Helin.

Olas recién reveladas por la aurora

Se iniciaron investigaciones sobre el fenómeno, con observaciones de aficionados y métodos científicos que se unen para explicar las olas.

"Fue como armar un rompecabezas o realizar un trabajo de detective, "dice Helin." Todos los días encontrábamos nuevas imágenes y se nos ocurrían nuevas ideas. Finalmente, llegamos al fondo de esto ... "

El fenómeno fue fotografiado al mismo tiempo tanto en Laitila como en Ruovesi, sudoeste de finlandia con el mismo detalle observado en la emisión auroral en ambas imágenes. Maxime Grandin, investigador postdoctoral en el equipo de Palmroth, identificó estrellas detrás de la emisión y determinó los azimuts y elevaciones de las estrellas con la ayuda del programa de software de astronomía Stellarium. Esto hizo posible utilizar las estrellas como puntos de referencia al calcular la altitud y extensión del fenómeno auroral.

Grandin descubrió que las dunas aurorales se encuentran a una altitud relativamente baja de 100 kilómetros, en las partes superiores de la mesosfera. Se midió que la longitud de onda del campo de ondas era de 45 kilómetros.

Un total de siete eventos similares, en los que una cámara había registrado el mismo patrón uniforme de ondas, se identificaron además a partir del servicio "Taivaanvahti" ("Vigilancia del cielo") mantenido por la Asociación de Astrónomos Aficionados de Finlandia. Ursa.

Región inexplorada

La parte de la zona auroral donde la atmósfera eléctricamente neutra de la Tierra se encuentra con el borde del espacio es un entorno extremadamente desafiante para los satélites y otros instrumentos espaciales. Palmroth dice que esta es la razón por la que es uno de los lugares menos estudiados de nuestro planeta.

"Debido a las dificultades para medir los fenómenos atmosféricos que ocurren entre los 80 y 120 kilómetros de altitud, a veces llamamos a esta zona 'la ignorósfera, '" ella dice.

Las dunas se observaron precisamente en esa región particular de la zona auroral. El fenómeno observado guió a los investigadores hacia un término medio entre la investigación atmosférica y la investigación espacial. ya que la metodología habitual de la física espacial no podría explicarlo por sí solo.

"Las diferencias de brillo dentro de las ondas de las dunas podrían deberse a ondas en las partículas precipitantes que vienen del espacio, o en los átomos de oxígeno atmosférico subyacentes, ", dice Palmroth." Terminamos proponiendo que las dunas son el resultado de una mayor densidad de átomos de oxígeno ".

Próximo, el equipo tuvo que determinar cómo la variabilidad en la densidad de los átomos de oxígeno causada por las ondas de gravedad en la atmósfera da como resultado un campo de ondas tan uniforme y extenso. Normalmente, a la altitud de estudio hay muchos tipos diferentes de ondas de gravedad que viajan en diferentes direcciones en diferentes longitudes de onda, por eso no forman fácilmente los campos de ondas uniformes que exhiben las dunas.

Las auroras boreales iluminan una marea

El estudio sugiere que el fenómeno en cuestión es un aburrimiento mesosférico, un fenómeno raro y poco estudiado que tiene lugar en la mesosfera. El fenómeno de las mareas es una ola común a muchos ríos, donde la marea viaja por el canal del río.

Varios tipos de ondas de gravedad nacen en la atmósfera y luego se elevan. En casos muy raros, las ondas de gravedad pueden filtrarse a medida que ascienden entre la mesopausia y una capa de inversión que se forma intermitentemente por debajo de la mesopausia. La capa de inversión hace que las ondas filtradas se doblen y les permite viajar largas distancias a través del canal sin atenuación.

Cuando los átomos de oxígeno del orificio chocan con los electrones que se precipitan sobre la atmósfera, se emocionan. Al liberar esta excitación, crean la luz auroral. Esta es la razón por la que las perforaciones mesosféricas, un fenómeno hasta ahora considerado un tema de investigación muy desafiante, ocasionalmente se pueden ver a simple vista.

Los investigadores espaciales se centran en la atmósfera

Antes de este descubrimiento, no se observaron perforaciones mesosféricas en la zona auroral, tampoco se han investigado a través de emisiones aurorales.

"La zona de las auroras en su conjunto suele descartarse en los estudios centrados en la perforación, Dado que las emisiones de auroras perjudican la técnica utilizada para identificar perforaciones mesosféricas, "dice Palmroth.

Tradicionalmente, Los investigadores especializados en la atmósfera y el espacio han investigado en gran medida sus temas de interés por separado. Esto se debe a que solo hay un puñado de mecanismos conocidos de interacción entre la ionosfera que se baña en los electrones que precipitan, y la atmósfera neutra.

Con la ayuda de dispositivos de medición operados por el Instituto Meteorológico de Finlandia, se encontró que las dunas ocurren simultáneamente y en la misma región donde la energía electromagnética que se origina en el espacio se transfiere a la ignorosfera.

"Esto podría significar que la energía transmitida desde el espacio a la ionosfera puede estar relacionada con la creación de la capa de inversión en la mesosfera, "dice Palmroth." En términos de física, este sería un descubrimiento asombroso, ya que representaría un mecanismo de interacción nuevo y previamente no observado entre la ionosfera y la atmósfera ".