Tankus molekulių ir elektriškai įkrautų dalelių sluoksnis, vadinamas jonosfera, kabo viršutinėje Žemės atmosferoje, pradedant nuo maždaug 35 mylių (60 kilometrų) virš planetos paviršiaus ir tęsiantis už 620 mylių (1000 km). Iš viršaus sklindanti saulės spinduliuotė atmosferos sluoksnyje suspenduoja daleles. Radijo signalai iš apačios atsimuša į jonosferą atgal į žemėje esančius instrumentus. Ten, kur jonosfera sutampa su magnetiniais laukais, dangus išsiveržė į ryškius šviesos ekranus, kuriuos yra nuostabu pamatyti.
Kur yra jonosfera?
Keli skirtingi sluoksniai sudaro Žemės atmosferą, įskaitant mezosferą, kuri prasideda 31 mylios (50 km) aukštyn, ir termosferą, kuri prasideda 53 mylių (85 km) aukštyn. Anot UCAR mokslo edukacijos centro, jonosferą sudaro trys skyriai mezosferoje ir termosferoje, pažymėti D, E ir F sluoksniais.
Ypatinga saulės ultravioletinė spinduliuotė ir rentgeno spinduliai bombarduoja šiuos viršutinius atmosferos regionus, smogdami atomams ir molekulėms, laikomoms tuose sluoksniuose. Galinga radiacija išskiria neigiamai įkrautus elektronus iš dalelių, pakeisdama tų dalelių elektrinį krūvį. Gautas laisvųjų elektronų ir įkrautų dalelių debesis, vadinamas jonais, lėmė pavadinimą „jonosfera“. Jonizuotos dujos arba plazma susimaišo su tankesne, neutralia atmosfera.
Jonų koncentracija jonosferoje kinta priklausomai nuo saulės spinduliuotės, tekančios Žemėje, kiekio. Jonosfera dienos metu auga tankiomis su įkrautomis dalelėmis, tačiau tas tankis mažėja naktį, nes įkrautos dalelės rekombinuojasi su pasislinkusiais elektronais. Pasak NASA, per šį dienos ciklą atsiranda ir išnyksta visi jonosferos sluoksniai. Saulės spinduliuotė taip pat svyruoja per 11 metų, tai reiškia, kad saulė gali skleisti daugiau ar mažiau radiacijos, priklausomai nuo metų.
Sprogstantys saulės pliūpsniai ir saulės vėjo gūsiai sujaudina staigius jonosferos pokyčius, sukeldami aukštaūges vėjus ir atšiaurias orų sistemas, besidriekiančias Žemėje.
Apšviesk dangų
Nudegęs karštas saulės paviršius pašalina labai įkrautų dalelių srautus, o šie srautai yra žinomi kaip saulės vėjas. Remiantis NASA Marshallo kosminių skrydžių centro duomenimis, saulės vėjas per kosmosą sklando maždaug 40 mylių (40 km) per sekundę greičiu. Pasiekę Žemės magnetinį lauką ir žemiau esančią jonosferą, saulės vėjai naktiniame danguje sukūrė spalvingą cheminę reakciją, vadinamą aurora.
Kai saulės vėjai plaka žemę, planeta lieka ekranuota už savo magnetinio lauko, dar vadinamo magnetosfera. Sukurtas sudedant išlydytą geležį Žemės šerdyje, magnetosfera siunčia saulės spinduliuotę lenktynių link bet kurio poliaus. Ten įkrautos dalelės susiduria su cheminėmis medžiagomis, besisukančiomis jonosferoje, sukurdamos sukibiančią aurą.
Kaip praneša „Popular Mechanics“, mokslininkai nustatė, kad pačios Saulės magnetinis laukas sutraukia silpnesnįjį Žemę, nukreipdamas aurą link naktinės planetos pusės.
Netoli Arkties ir Antarktidos apskritimų kiekvieną vakarą danguje plūsta auros, rašo „National Geographic“. Spalvingos šviesos užuolaidos, vadinamos atitinkamai aurora borealis ir aurora australis, kabo maždaug 620 mylių (1000 km) virš Žemės paviršiaus. Auros švyti žaliai geltonai, kai jonai smogia deguonies dalelėms apatinėje jonosferoje. Raudona šviesa dažnai žydi palei auros kraštus, o nakties danguje taip pat atsiranda purpurinės ir mėlynos spalvos, nors tai atsitinka retai.
„Auroros priežastis yra šiek tiek žinoma, tačiau ji nėra iki galo išspręsta“, - teigė Bostono universiteto geofizikas Toshi Nishimura. "Pavyzdžiui, tai, kas sukelia tam tikros rūšies aurą, pavyzdžiui, purpurinę, vis dar yra paslaptis."
Kas yra Steve'as?
Be auros, jonosfera taip pat vaidina kitus įspūdingus šviesos šou.
2016 m. Piliečių mokslininkai pastebėjo ypač akį traukiantį reiškinį, kurį mokslininkai stengėsi paaiškinti, anksčiau pranešė „Live Science“ sesuo-svetainė „Space.com“. Ryškios baltos ir rausvos šviesos upės tekėjo per Kanadą, kuri yra toliau į pietus, nei atrodo dauguma aurų. Retkarčiais prie mišinio atsirado brūkšneliai žalių. Paslaptingi žibintai buvo pavadinti Steve'u pagerbiant animacinį filmą „Virš gyvatvorės“ ir vėliau buvo pervadinti kaip „Stiprus šiluminės spinduliuotės greičio padidinimas“ - vis dar trumpai STEVE.
„Šimtą metų mes tyrėme aurorą, todėl negalėjome ir vis dar negalime paaiškinti, kas yra Steve'as“, - teigė Garetas Perry, Naujojo Džersio technologijos instituto kosminių orų mokslininkas. "Tai yra įdomu, nes jo spinduliavimas ir savybės nepanašūs į nieką kitą, kurį bent jau stebime jonosferoje".
Remiantis 2019 m. Žurnale „Geophysical Research Letters“ atliktu tyrimu, žali dryžiai STEVE viduje gali išsivystyti panašiai, kaip formuojasi tradicinės auros, nes į atmosferą patenka įkrautos dalelės. Tačiau STEVE atrodo, kad šviesos upė švyti, kai jonosferoje esančios dalelės susiduria ir tarpusavyje sukuria šilumą.
Ryšiai ir navigacija
Nors jonosferoje vykstančios reakcijos dangų nušviečia ryškiais atspalviais, jos taip pat gali sutrikdyti radijo signalus, trikdyti navigacijos sistemas ir kartais sukelti platų elektros energijos tiekimą.
Jonosfera atspindi radijo bangų perdavimo spartą, mažesnę kaip 10 megahercų, leidžiančią kariuomenei, oro linijoms ir mokslininkams sujungti radaro ir ryšių sistemas dideliais atstumais. Šios sistemos geriausiai veikia, kai jonosfera yra lygi, tarsi veidrodis, tačiau jas gali sutrikdyti nelygumai plazmoje. GPS perdavimas praeina per jonosferą, todėl jos pažeidžiamos taip pat.
„Didelių geomagnetinių audrų ar oro sąlygų kosmose metu srovės gali sukelti kitas sroves žemėje, elektros tinklus, vamzdynus ir kt. Bei sugadinti“, - teigė Perry. Viena tokių saulės audrų sukėlė garsųjį 1989 m. Kvebeko užtemimą. „Po trisdešimties metų mūsų elektros sistemos vis dar yra pažeidžiamos tokių įvykių“.
Kad geriau suprastų regiono fizikinę ir cheminę dinamiką, mokslininkai tiria jonosferą, naudodamiesi radarais, fotoaparatais, palydoviniais prietaisais ir kompiuteriniais modeliais. Apsiginklavę šiomis žiniomis, jie tikisi geriau numatyti sutrikimus jonosferoje ir užkirsti kelią problemoms, kurios gali kilti žemėje.
