Известное как тета-сияние — потому что сверху оно выглядит как греческая буква тета, овал с линией, пересекающей центр — этот тип полярного сияния иногда встречается ближе к полюсам, чем нормальное сияние. Хотя генезис эмиссии аврорального овала достаточно хорошо изучен, происхождение тета-сияния до сих пор оставалось неясным. В статье, опубликованной в журнале Science от 19 декабря 2014 года, показано, что горячая плазма, поступающая с Солнца в околоземное пространство, способствует возникновению этого уникального полярного сияния.«Возможности обсуждались с тех пор, как в 1980-х годах были сделаны первые спутниковые наблюдения этого явления», — сказал Роберт Фиер из Саутгемптонского университета в Великобритании (ранее работавший в Университете Лестера) и ведущий автор научной статьи.
Хотя Солнце и Земля разделены примерно 93 миллионами миль, они связаны так называемым солнечным ветром. Эта плазма — электрически заряженные атомные частицы — течет от Солнца и движется по Солнечной системе, неся на себе собственное магнитное поле.
В зависимости от того, как это межпланетное магнитное поле выровнено по отношению к магнитному полю Земли, когда солнечный ветер достигает околоземного пространства, могут быть разные результаты. В точке, где встречаются два поля, магнитное поле Земли указывает на север.
Если межпланетное поле направлено в противоположном направлении — на юг — тогда происходит нечто, называемое пересоединением магнитного поля, в результате чего силовые линии магнитного поля, направленные в противоположных направлениях, внезапно перестраиваются в новую конфигурацию.Перестройка открывает дверь, и материал солнечного ветра может попасть в магнитосферу — гигантский магнитный пузырь, окружающий Землю. Это то, что приводит к полярному сиянию, которое возникает, когда частицы направляются вниз вдоль силовых линий магнитного поля Земли и сталкиваются с атомами высоко в атмосфере. Взаимодействие с атомами кислорода приводит к зеленому или, реже, красному свечению на ночном небе, а атомы азота дают синий и фиолетовый цвета.
Обычно основной областью для этого впечатляющего изображения является авроральный овал, который находится примерно на 65–70 градусов к северу или югу от экватора и окружает полярные шапки.Но когда межпланетное магнитное поле направлено на север, полярные сияния могут происходить даже на более высоких широтах, иногда приводя к тета-сиянию. До недавней работы ученые подозревали, что тета-сияние имеет какое-то отношение к частицам, наблюдаемым в долевых областях магнитосферы. Плазма в долях обычно холодная, но предыдущие наблюдения показали, что тета-полярные сияния связаны с необычно горячей плазмой долей — но как было неясно.
«Было неясно, была ли эта горячая плазма результатом прямого проникновения солнечного ветра через доли магнитосферы», — сказал Страх. «Или, если плазма каким-то образом связана с плазменным слоем на ночной стороне Земли. Одна идея состоит в том, что процесс магнитного пересоединения на ночной стороне Земли вызывает накопление захваченной горячей плазмы в долях более высоких широт. "Тайна была наконец разгадана путем изучения данных, собранных одновременно космическими аппаратами Cluster и IMAGE 15 сентября 2005 года. В то время как четыре спутника Cluster находились в магнитной доле южного полушария, IMAGE обеспечивал широкий обзор полярного сияния в южном полушарии.
Когда один из спутников Кластера наблюдал нехарактерно мощную плазму в лепестке, на IMAGE была видна дуга тета-сияния, пересекающая магнитный след скопления.Команда обнаружила, что энергичная плазма появилась на силовых линиях высокоширотного магнитного поля, которые были закрыты в результате процесса магнитного пересоединения, вызванного направленными на север полями. Это, в свою очередь, привело к тому, что плазма стала относительно горячей.
Такие наблюдения подтверждают идею о том, что тета-сияния возникают из-за плазмы, захваченной внутри магнитосферы, а не из-за того, что материал напрямую выталкивается из солнечного ветра.«Решение вопроса о происхождении тета-полярного сияния потребовало орбиты кластера с высоким наклонением, которая проносится над регионом, где генерируются полярные сияния, вместе с возможностями построения изображений IMAGE, который больше не функционирует», — сказал Мелвин Голдштейн, научный сотрудник проекта Cluster в НАСА. Центр космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Надеюсь, что будущие миссии дадут сопоставимые возможности по наблюдению за полярными регионами магнитосферы».
Кластер состоит из четырех спутников, строящихся вокруг Земли. Данные, представленные в этом отчете, были собраны кластером-1. Миссия Cluster была запущена в 2000 году и действует до сих пор. IMAGE был запущен в 2000 году и завершил свою работу в конце 2005 года.
Данные, представленные в этом отчете, были собраны спутниковой камерой для формирования изображений в дальнем ультрафиолетовом диапазоне.