Poliarinėse platumose pašvaistės naktį kartais nušviečia dangų taip ryškiai, kad atrodo lyg kosminės bangos judėtų virš galvos. Jų spalvos ir formos nuolat kinta, o šiuos reiškinius sukelia sudėtingos sąveikos aukštai virš Žemės paviršiaus. Naujas Sautamptono universiteto tyrimas pateikia naują paaiškinimą, kas vyksta akimirkomis prieš pašvaistės suintensyvėjimą – ir kodėl kai kurios pašvaistės būna tokios ryškios.
Tyrimas sustiprina supratimą apie subaudrų (angl. substorms) kilmę ir susieja pašvaisčių elgesį su tuo, kas vyksta magnetosferoje ir net kitose planetų sistemose.
Kas iš tikrųjų sukelia pašvaistes?
Ilgą laiką žinoma, kad pašvaistes sukelia įkrautos dalelės, atkeliaujančios iš Saulės ir atsitrenkiančios į Žemės atmosferos atomus. Šie susidūrimai sukuria matomą švytėjimą.
Tačiau naujasis tyrimas rodo, kad švytėjimas – tik paskutinis etapas. Kur kas svarbiau yra tai, kas vyksta aukščiau, magnetosferoje:
- kaupiasi magnetinė energija,
- susidaro įtampa,
- ji staigiai išsiskiria,
- ir tai sukelia subaudrą – intensyvų pašvaisčių pliūpsnį.
Plazmos nestabilumas: pašvaistės „karoliukai“ kaip ankstyvas ženklas
Prieš prasidedant ryškiam pašvaistės žybsniui, ant dangaus dažnai pasirodo maži, periodiškai išsidėstę šviesos taškai – vadinamieji „karoliukai“.
Iki šiol jie buvo tik vizualus reiškinys, tačiau dabar aišku, kad tai:
- plazmos nestabilumo ženklas,
- susijęs su dispersinėmis Alfvéno bangomis,
- kurios juda magnetosferoje ir perneša energiją žemyn, link atmosferos.
Šios bangos tarsi „paruošia sceną“ būsimai pašvaistės kulminacijai.
Nauja įžvalga: radijo signalai prieš pašvaistę
Aukštai virš pašvaisčių susidaro AKR – auroralinė kilometrinė spinduliuotė (Auroral Kilometric Radiation).
Tyrėjai, išanalizavę kelių kosminių misijų duomenis, pastebėjo:
- silpnus radijo signalus,
- kurie pradeda stiprėti kelios minutės prieš pašvaistę,
- jų tonas lėtai kyla,
- o tai rodo, kad šaltinis juda link stipresnio magnetinio lauko.
Šie radijo signalai – tai elektriniai dvigubi sluoksniai, judantys išilgai magnetinių linijų. Būtent jie įjungia elektronų pagreitį, kuris vėliau sukelia pašvaistės švytėjimą.
Tikslaus signalo šaltinio aukštis: 2000–8000 km – zona, kurioje vyksta esminiai pagreičio procesai.
Kaip tai susiję su matomu pašvaistės ryškėjimu?
Tyrimas atskleidė stulbinantį sutapimą:
- radijo tonų pasikartojimo periodai
- ir pašvaistės „karoliukų“ pasirodymo intervalai
→ yra identiniai.
Tai rodo, kad ir radijo signalai, ir vizualūs švytėjimo impulsai turi bendrą šaltinį – Alfvéno bangų sukurtus dvigubus sluoksnius, judančius magnetinėmis linijomis.
Bangos juda labai tvarkingai ir ritmiškai, todėl ir pašvaistės struktūros tampa periodiškos.
Kas vyksta per subaudrą: energijos kupinas procesas
Atliekant detalius stebėjimus, užfiksuota dvifazė seka:
- Ankstyvas pašviesėjimas – kelios minutės silpno švytėjimo ir signalų, kurie greitai išnyksta.
- Struktūrinis šviesos lankas – aiškiai matomas lenktas pašvaistės kontūras, kuris pradeda kilti poliaus link ir staiga tampa ryškus.
Radijo signalai atkartoja šią seką beveik idealiai.
Alfvéno bangos perneša energiją iš magnetouodegos į Žemę – tai tolimas magnetosferos regionas, kuriame saugoma Saulės vėjo energija. Čia prasideda visas pašvaisčių „scenarijus“.
Signalai, pastebimi ir kitose planetose
Įdomu tai, kad panašūs radijo tonai aptikti ir:
- Jupiterio,
- Saturno,
magnetosferose.
Ten jie dar ryškesni dėl ekstremalesnių plazmos sąlygų. Kai kurios Jupiterio pašvaisčių radijo emisijos susijusios net su mėnulių sąveika.
Tai patvirtina, kad pašvaisčių formavimosi procesas visoje Saulės sistemoje gali būti universalus.
Kokia naujoji teorija?
Tyrėjai teigia, kad pašvaisčių intensyvėjimą lemia vienas bendras mechanizmas:
- Alfvéno bangos keliauja magnetinėmis linijomis.
- Jos sukuria dvigubus elektrinius sluoksnius.
- Šie sluoksniai pradeda judėti žemyn, generuodami radijo signalus.
- Kai sluoksniai pasiekia tankesnę atmosferą, elektronai įgyja didžiulį greitį.
- Elektronai atsitrenkia į atomus → įvyksta švytėjimas → pašvaistė.
Tyrimas pirmą kartą taip aiškiai sujungė:
- radijo duomenis,
- optinius stebėjimus,
- bangų matavimus,
- ir plazmos modelius.
Kas toliau?
Mokslininkai planuoja tikslinti:
- dvigubų sluoksnių aukščio diapazoną,
- tikslias laiko skales,
- elektronų pagreičio procesus.
Bet jau dabar tyrimas pateikė aiškiausią iki šiol visų pašvaisčių fazių ryšio modelį.
Intensyvūs pašvaisčių blyksniai nėra atsitiktiniai – jie turi aiškius, iš anksto atpažįstamus signalus. O šie modeliai, pasirodo, galioja ne tik Žemėje, bet ir visoje planetų sistemoje.
Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65580-8
