생생한 녹색, 빨간색, 보라색 커튼이 드리워진 매혹적인 오로라는 오랫동안 밤하늘 관찰자들을 사로잡았습니다. 그러나 최근 이상한 오로라와 유사한 현상이 나타나고 있습니다. “스티브”로 알려진 보라색-흰색 줄무늬와 종종 동반되는 현상입니다. 빛나는 녹색 “Picket Fence”는 과학자와 하늘 관찰자 모두의 관심을 불러일으켰습니다.
2006년 어린이 영화 속 캐릭터의 이름을 딴 더 유명한 오로라 스티브(Steve)의 변형으로 2018년에 처음 확인된 피켓 펜스 현상은 처음에는 오로라와 동일한 물리적 과정의 산물인 것으로 생각되었습니다. 그러나 이러한 가정은 그 고유한 기원에 대해 많은 의문점을 해결하지 못한 채 남겨두었습니다. 백열등 방출.
새로운 메커니즘이 하늘 플레어를 생성합니다.
University of 물리학의 유망한 대학원생인 Claire Gaskey를 만나보세요. 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스. Gaske는 이러한 현상에 대한 흥미로운 설명을 제안하여 기존의 오로라와는 상당히 다른 물리적 메커니즘을 제안했습니다.
“이것은 경우에 따라 오로라에서 빛과 에너지를 생성하는 것이 무엇인지에 대한 우리의 모델을 뒤집을 것입니다”라고 Gaskey는 말했습니다. “정말 멋지고 현재 우주 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나입니다.”
우주 과학 연구소 (SSL) Berkeley에서 Gaske는 NASA 가설을 검증하기 위해 북극광에 로켓을 발사하는 임무. 이 연구는 태양이 11년 주기의 보다 활동적인 단계에 진입하는 것과 일치하며, 이는 스티브와 말뚝 울타리와 같은 희귀한 사건을 연구할 수 있는 절호의 기회입니다.
일반적인 오로라와 “스티브”를 구별하기
Gaskey의 연구는 상층 대기에서 전기장의 이상한 행동에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 지구 자기장과 평행한 이러한 자기장이 울타리 현상에서 관찰되는 색상 스펙트럼을 생성할 수 있음을 시사합니다.
이 가설은 오로라 빛과 에너지 생성의 현재 모델에 도전하고 있으며 지구 자기권과 전리층 사이의 상호 작용에 대한 우리의 이해에 중요한 의미를 갖습니다.
일반적인 오로라는 지구 자기권의 입자에 에너지를 공급하는 태양풍에 의해 발생하며, 이로 인해 상층 대기의 산소와 질소 분자가 특정 주파수의 빛을 방출하게 됩니다.
그러나 STEVE는 오로라에서 더 활발한 입자 상호 작용의 전형적인 청색광 없이 자홍색 또는 보라색을 중심으로 한 광범위한 주파수를 보여줍니다. 흥미롭게도 스티브와 말뚝 울타리는 일반적인 오로라보다 낮은 위도, 아마도 적도 근처에서도 발생합니다.
평행 전기장이 작용합니다
Gaskey의 연구에 따르면 “말뚝 울타리”에서 나오는 방출은 지구 자기장과 평행한 낮은 고도의 전기장에 의해 생성됩니다. 널리 받아들여지는 전리층의 물리적 모델을 사용하여 그녀는 약 110km 고도에서 미터당 약 100밀리볼트의 평행 전기장이 전자를 가속할 수 있음을 입증했습니다.
이 가속은 산소와 질소 원자를 활성화하기에 충분하여 가스 방출로 이어집니다. 빛의 스펙트럼 “Picket Fence”와 “Steve’s” 잔광에서 관찰됨. 또한 낮은 플라즈마 밀도와 중성 산소 및 질소 원자의 존재 증가와 같은 이 영역의 독특한 조건도 확인했습니다. 이는 절연체 역할을 하여 전기장이 단락을 일으키는 것을 방지할 수 있습니다.
“말뚝 울타리의 범위를 보면 예상보다 훨씬 더 녹색입니다. 질소 이온화로 인한 파란색은 없습니다.”라고 Gaskey는 말했습니다. “이것이 우리에게 알려주는 것은 특정 에너지 범위만 있다는 것입니다. “그 입자들은 너무 많은 에너지를 갖고 있기 때문에 우주에서 대기로 들어올 수 없습니다.”
대신에 그녀는 “말뚝 울타리에서 방출되는 빛은 평행 전기장에 의해 우주 공간에 에너지를 공급해야 하는 입자에 의해 생성되는데, 이는 우리가 연구했거나 알고 있는 어떤 오로라와도 매우 다른 메커니즘입니다.”라고 말했습니다. 전에.”
미사일을 들고 스티브를 찾아보세요
브라이언 하딩SSL의 보조 연구 물리학자이자 Gaskey 논문의 공동 저자인 그는 이 발견의 중요성을 강조합니다.
“클레어의 논문에서 정말 흥미로운 점은 우리가 스티브의 스펙트럼을 통해 매우 이상한 물리학이 진행되고 있다는 사실을 몇 년 동안 알고 있었다는 것입니다. 우리는 그것이 무엇인지 몰랐습니다.”라고 브라이언은 말했습니다. “클레어의 연구는 다음과 같은 사실을 보여주었습니다. 평행 전기장은 이 이상한 스펙트럼을 설명할 수 있습니다.”
연구팀은 가설의 타당성을 검증하기 위해 알래스카에서 로켓을 발사하여 이러한 현상 내의 전기장과 자기장을 측정할 것을 제안합니다. 이러한 노력은 NASA의 저비용 우주 접근과 일치합니다(LCAS) 상층 대기의 화학, 물리학에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대됩니다. 처음에 목표는 “스티브”와 “피켓 울타리”와 같은 방출을 포함하는 일반 오로라인 향상된 오로라로 알려진 것입니다.
“향상된 오로라는 기본적으로 일반 오로라에 포함된 밝은 층입니다. 색상은 파란색이 많지 않고 산소에서 녹색이 더 많고 질소에서 빨간색이 더 많다는 점에서 울타리와 유사합니다. 가설은 이러한 현상도 ” 평행 전기장의 경로이지만 울타리보다 훨씬 더 일반적입니다.”
계획은 “처음으로 평행한 전기장을 실제로 측정하기 위해 강화된 층을 통해 로켓을 비행하는 것”뿐만 아니라 조건을 구별하기 위해 더 높은 고도에서 분자를 측정하기 위해 두 번째 로켓을 보내는 것입니다. ” “오로라를 일으키는 것 중 하나.” 결국 그녀는 스티브와 말뚝 울타리를 직접 뚫고 날아가는 로켓을 얻기를 희망합니다.
호기심이 오로라에 대한 검색을 주도합니다, 스티브.
Gaskey는 그녀의 성공을 중간권과 성층권을 포함하여 다양한 대기층을 연구하는 전문가와의 협력 덕분이라고 생각합니다. 이러한 다학문적 접근 방식을 통해 오로라와 STEVE의 차이를 이해하는 데 상당한 진전이 있었습니다.
Harding, Gaske 및 동료들은 올 가을 로켓 캠페인을 시작하기 위한 제안서를 NASA에 제출했으며 2024년 상반기에 로켓 선택에 대한 반응을 기대하고 있습니다. Gaske와 Harding은 이 실험을 물질의 화학 및 물리학을 이해하는 데 중요한 단계로 보고 있습니다. 행성. 상부 대기권, 전리층 및 지구의 자기권.
“앞으로 전기장이 어떻게 거기에 도달했는지, 어떤 파동이 전기장과 연관되어 있는지, 그리고 그것이 지구 대기와 우주 사이의 더 큰 에너지 전달에 대해 무엇을 의미하는지에 대한 많은 연구가 있을 것이라고 말하는 것이 타당합니다. “하딩이 말했다. “우리는 정말로 모릅니다. Clare의 논문은 이러한 이해의 첫 번째 단계입니다.
팀은 2024년 상반기로 예상되는 로켓 캠페인 제안에 대한 NASA의 결정을 간절히 기다리고 있습니다.
간단히 말해서, Claire Gaske가 주도한 연구는 우주 물리학의 중추적인 발전을 나타냅니다. Gaskey는 “스티브”와 “말뚝 울타리”의 이해하기 어려운 특성을 북극광이 아닌 다른 것으로 강조했습니다. 태양 주기가 진행됨에 따라 이러한 결과는 이러한 현상의 신비를 풀 뿐만 아니라 지구와 우주 사이의 역동적인 상호 작용에 대한 우리의 더 넓은 이해를 향상시킬 것을 약속합니다.
오로라에 대해 더 알아보기
일반적으로 북극광과 남극광으로 알려진 오로라 보레알리스(Aurora Borealis)는 지구의 극지방 하늘에 나타나는 매혹적인 자연광 쇼입니다. 이는 지구 대기와 태양풍 사이의 놀라운 상호 작용으로 인해 발생합니다.
위에서 자세히 논의한 것처럼 과학자들은 STEVE와 울타리가 오로라와 동일한 물리적 과정에 의해 발생한다고 믿습니다. 그러나 이러한 믿음은 독특한 빛나는 방출의 기원에 대해 답이 없는 많은 질문을 남겼습니다.
유래 : 태양 연결
에너지와 입자의 원천인 태양은 하전 입자의 흐름인 태양풍을 끊임없이 방출합니다. 지구를 향해 여행하는 동안 이 입자들은 지구 자기장을 만나게 되는데, 이는 오로라 형성에 중요한 역할을 합니다.
태양풍이 지구에 도달하면 자기장의 영향을 받습니다. 우주로 확장되는 지구 자기장은 방패 역할을 하며 이러한 입자를 극쪽으로 유도합니다. 여기에서 자기장 선은 이러한 하전 입자를 지구의 대기권 상층부로 안내합니다.
스티브의 깃발과 오로라를 표시합니다.
오로라의 기본 현상은 이러한 하전 입자, 특히 전자가 지구 대기의 산소 및 질소와 같은 가스와 충돌할 때 발생합니다. 이 충돌은 에너지를 가스 분자에 전달하여 여기시키고 빛을 방출하게 하는데, 이것이 바로 오로라 디스플레이의 핵심입니다.
녹색과 빨간색에서 파란색과 보라색에 이르는 오로라와 STEVE의 특정 색상은 관련된 가스 유형과 이러한 상호 작용의 높이에 따라 다릅니다.
태양 활동은 북극광의 강도와 빈도에 큰 영향을 미칩니다. 태양 최대치 동안 태양 플레어와 코로나 질량 방출이 증가하면 오로라가 더 강렬하고 빈번하게 발생합니다. 반대로, 태양 극소화 현상은 오로라 활동을 감소시킵니다.
문화적, 역사적 중요성
오로라는 시각적인 화려함 외에도 지구 자기권의 역학과 태양 복사와의 상호 작용에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 오로라를 연구하는 것은 지구 자기장이 유해한 태양 방출로부터 우리를 어떻게 보호하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.
북극광은 신화와 민속에 영감을 주면서 다양한 문화에서 특별한 위치를 차지해 왔습니다. 북유럽 신화에서 발키리의 방패부터 원주민 신앙의 조상 영혼을 대표하는 것까지 북극광은 역사 전반에 걸쳐 경이로움과 영감의 원천이 되어 왔습니다.
간단히 말해서, 놀라운 아름다움을 지닌 북극광은 단순한 시각적 광경 그 이상입니다. 이는 태양풍과 지구 자기장 사이의 역동적인 상호 작용으로, 지구의 보호막에 대한 통찰력을 제공하고 문화와 세대를 넘어 계속해서 사람들을 매료시키고 있습니다.
전체 연구는 저널에 게재됩니다. 지구물리학 연구 편지.
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