สนามแม่เหล็กของโลก

การใช้ข้อมูลจาก Time History of Events และ Macroscale Interactions during Substorms หรือ THEMIS ของ NASA นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตสนามแม่เหล็กโลกที่สั่นสะเทือนซึ่งสัมพันธ์กับแสงเหนือที่เต้นรำบนท้องฟ้ายามค่ำคืนเหนือประเทศแคนาดา THEMIS เป็นภารกิจยานอวกาศ 5 ลำที่ทุ่มเทให้กับการทำความเข้าใจกระบวนการเบื้องหลังแสงออโรรา ซึ่งปะทุขึ้นทั่วท้องฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมแม่เหล็กโลก ที่เรียกว่าแมกนีโตสเฟียร์ ข้อสังเกตใหม่เหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเชื่อมโยงการรบกวนที่รุนแรงอย่างเฉพาะเจาะจงในชั้นแมกนีโตสเฟียร์เข้ากับการตอบสนองของสนามแม่เหล็กบนพื้นดินได้โดยตรง บทความเกี่ยวกับการค้นพบนี้ตีพิมพ์ในNature Physicsเมื่อวันที่ 12 กันยายน 2016 David Sibeck นักวิทยาศาสตร์โครงการ THEMIS ของ NASA's Goddard Space Flight Center ในเมือง Greenbelt รัฐ Maryland กล่าวว่า "เราเคยสังเกตการณ์ในลักษณะเดียวกันนี้มาก่อน แต่ทำได้ครั้งละแห่งเท่านั้น ไม่ว่าจะเป็นบนพื้นดินหรือในอวกาศ" การเรียน. "เมื่อคุณมีหน่วยวัดทั้งสองแห่ง คุณก็สามารถเชื่อมโยงทั้งสองสิ่งเข้าด้วยกันได้" การทำความเข้าใจว่าแสงออโรราเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไมช่วยให้เราเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมในอวกาศที่ซับซ้อนรอบโลกของเรา การแผ่รังสีและพลังงานในอวกาศใกล้โลกสามารถมีผลกระทบหลายอย่างต่อดาวเทียมของเรา ตั้งแต่การรบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงการเพิ่มแรงเสียดทานและการขัดจังหวะการสื่อสารหรือสัญญาณนำทาง เมื่อการพึ่งพา GPS เพิ่มขึ้นและการสำรวจอวกาศก็ขยายตัว การพยากรณ์อากาศในอวกาศที่แม่นยำจึงมีความสำคัญมากขึ้น สภาพแวดล้อมในอวกาศของระบบสุริยะทั้งหมดของเรา ทั้งที่อยู่ใกล้โลกและไกลออกไปนอกดาวพลูโต ถูกกำหนดโดยกิจกรรมของดวงอาทิตย์ ซึ่งหมุนเวียนและผันผวนไปตามกาลเวลา ระบบสุริยะเต็มไปด้วยลมสุริยะ การไหลของอนุภาคที่มีประจุจากดวงอาทิตย์ ลมสุริยะส่วนใหญ่หันเหออกจากโลกโดยแมกนีโตสเฟียร์ที่ปกป้องโลกของเรา อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม อนุภาคและพลังงานจากดวงอาทิตย์บางส่วนสามารถทะลุผ่านชั้นแมกนีโตสเฟียร์ได้ ซึ่งรบกวน สนามแม่เหล็ก โลกในสิ่งที่เรียกว่าพายุย่อย เมื่อสนามแม่เหล็กของลมสุริยะหันไปทางทิศใต้ ด้านกลางวันหรือด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ของชั้นแมกนีโตสเฟียร์จะหดตัวเข้าด้านใน ปลายด้านหลังที่เรียกว่าหางแม่เหล็กยืดออกเหมือนหนังยาง เมื่อหางแมกนีโตเทลที่ยืดหดกลับเข้าที่ในที่สุด มันจะเริ่มสั่น คล้ายกับสปริงที่เคลื่อนไปมา แสงออโรร่าที่สว่างสดใสสามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงที่เกิดพายุย่อยนี้ ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เสถียรนี้ อิเล็กตรอนในอวกาศใกล้โลกจะไหลลงมาตามเส้นสนามแม่เหล็กไปยังขั้วของโลกอย่างรวดเร็ว ที่นั่นพวกมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคออกซิเจนและไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศชั้นบน ปล่อยโฟตอนเพื่อสร้างลำแสงที่พาดผ่านท้องฟ้า ในการจัดทำแผนที่แสงออโรร่าของแสงออโรรา นักวิทยาศาสตร์ได้ถ่ายภาพแสงออโรราที่สว่างและสลัวเหนือแคนาดาด้วยกล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งหมด พวกเขาใช้เซ็นเซอร์แม่เหล็กแบบภาคพื้นดินพร้อมกันทั่วแคนาดาและกรีนแลนด์เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าระหว่างเกิดพายุใต้พิภพ ไกลออกไปในอวกาศ หัววัด THEMIS ทั้งห้าอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมในการรวบรวมข้อมูลการเคลื่อนที่ของเส้นสนามที่กระจัดกระจาย นักวิทยาศาสตร์พบว่าแสงออโรราเคลื่อนที่สอดคล้องกับเส้นสนามที่สั่นสะเทือน เส้นสนามแม่เหล็กแกว่งเป็นรอบหรือช่วงเวลาประมาณหกนาที และแสงออโรราก็สว่างขึ้นและจางลงในจังหวะเดียวกัน Evgeny Panov ผู้เขียนนำและนักวิจัยจากสถาบันวิจัยอวกาศแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งออสเตรียในเมืองกราซกล่าวว่า "เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เห็นการจับคู่ที่แข็งแกร่งเช่นนี้ "ข้อสังเกตเหล่านี้เผยให้เห็นความเชื่อมโยงที่ขาดหายไปในการแปลงพลังงานแม่เหล็กเป็นพลังงานของอนุภาคที่ขับเคลื่อนแสงออโรรา" ความสว่างและการหรี่แสงของแสงออโรราสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและเส้นสนามแม่เหล็ก Sibeck กล่าวว่า "ในระหว่างเหตุการณ์นี้ อิเล็กตรอนจะเหวี่ยงตัวเองเข้าหาโลก จากนั้นกระเด้งกลับออกจากชั้นแมกนีโตสเฟียร์ เมื่อคลื่นซัดเข้าหาชายหาด คลื่นจะกระเซ็นเป็นฟองและลดลง คลื่นของอิเล็กตรอนมีการเคลื่อนไหวที่คล้ายกัน แสงออโรราจะสว่างขึ้นเมื่อคลื่นของอิเล็กตรอนกระแทกเข้ากับชั้นบรรยากาศชั้นบน และจะหรี่แสงลงเมื่อมันสะท้อนออกมา ก่อนการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าเส้นสนามแม่เหล็กที่แกว่งไปมาจะนำทางแสงออโรร่า แต่ผลกระทบดังกล่าวยังไม่ได้รับการสังเกตเนื่องจากจำเป็นต้องวางหัววัด THEMIS ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสมเหนือเซ็นเซอร์บนภาคพื้นดิน เพื่อประสานงานข้อมูลอย่างเหมาะสม ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อมูล THEMIS ในเวลาที่โพรบอยู่ในตำแหน่งที่บังเอิญเพื่อสังเกตพายุย่อย "แม้ผ่านไปเกือบ 10 ปีแล้ว หัววัดยังคงมีสุขภาพที่ดี และเครือข่ายที่เพิ่มขึ้นของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กและกล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งหมดยังคงสร้างข้อมูลคุณภาพสูง" วาสซิลิส แองเจโลปูลอส ผู้เขียนร่วมและผู้ตรวจสอบหลักของ THEMIS แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียกล่าว ลอสแองเจลิส.