Kuinka revontulet syntyvät?

Iowan yliopiston johtamat fyysikot raportoivat lopullisista todisteista, että revontulet johtuvat elektroneista, joille antaa lisäenergiaa voimakas sähkömagneettinen voima, jota kutsutaan Alfven-aalloksi.

Suurempi kuva

Aurora borealis eli revontulet, jotka täyttävät taivaan korkeilla leveysasteilla, ovat kiehtoneet ihmisiä tuhansia vuosia. Mutta miten ne syntyvät. Vaikka aihetta on paljon teoretisoitu, sitä ei ole aiemmin lopullisesti osoitettu.

Uudessa tutkimuksessa Iowan yliopiston johtama fyysikkoryhmä kertoo lopullisista todisteista siitä kuinka loistavimmat aurorat syntyvät vahvoista sähkömagneettisista aalloista geomagneettisten myrskyjen aikana. Alfven-aaltoina tunnetut ilmiöt kiihdyttävät elektroneja kohti maata, jolloin partikkelit tuottavat tutun ilmakehän valoshown.

Tutkimus päättää vuosikymmeniä kestäneen pyrkimyksen osoittaa kokeellisesti fysikaaliset mekanismit elektronien kiihtyvyydelle maapallon magneettikentän ilmiöihin liittyvillä Alfven-aalloilla.

"Mittaukset paljastivat, että tämä pieni elektronipopulaatio läpikäy "resonanssikiihtyvyyden", jonka tuottaa Alfven-aallon sähkökentän samalla tavalla kuin surffaajalle, joka tarttuu aaltoon ja kiihtyy jatkuvasti, kun hän liikkuu aallon mukana", sanoo apulaisprofessori Greg Howes fysiikan ja tähtitieteen laitokselta Iowassa.

Tutkijat ovat tienneet, että auringosta lähtevät energisoituneet hiukkaset, kuten elektronit, joiden nopeus on noin 20000 km/s, saostuvat maapallon magneettikentän linjoihin ylemmässä ilmakehässä, missä ne törmäävät happi- ja typpimolekyylien kanssa ja potkivat ne virittyneeseen tilaan. Kun viritykset sitten relaksoitutuvat ne emittoivat valoa ja tuottavat siten revontulen värikkäitä sävyjä.

Vaikka aiemmat avaruusalusten tekemät mittaukset olivat tukeneet teoriaa, niihin liittyvät rajoitukset ovat estäneet lopullisen testin. Fyysikot pystyivät nyt löytämään vahvistavia todisteita sarjasta kokeita, jotka tehtiin Large Plasma Device (LPD) -laitteistossa UCLA:n Basic Plasma Science Facility -laitoksessa.

"Ajatus siitä, että nämä aallot voivat energisoida revontulia luovat elektronit, menee yli neljän vuosikymmenen taakse, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun olemme pystyneet vahvistamaan lopullisesti, että näin se toimii", sanoo fysiikan ja tähtitieteen professori Craig Kletzing Iowassa. "Näillä kokeilla saatoimme tehdä avainmittaukset, jotka osoittavat, että avaruusmittaukset ja teoria selittävät todellakin tärkeän tavan, jolla revontulet syntyvät."

Ilmiö, jossa elektroni "surffaa" aallon sähkökentällä, on teoreettinen prosessi, joka tunnetaan nimellä Landau-vaimennus, jonka venäläinen fyysikko Lev Landau ehdotti jo vuonna 1946. Tutkijat osoittivat numeeristen simulaatioiden ja matemaattisen mallinnuksen avulla, että heidän kokeensa tulokset sopivat yhteen Landau-vaimennuksen olemuksen kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Negatiivista kapasitanssia