Kaip susidaro Šiaurės pašvaistė ir kodėl jos šokis danguje keičiasi? Nauji duomenys iš kosmoso

Šiaurės pašvaistė daugelį žavi kaip vienas gražiausių dangaus reginių, tačiau už šio šviesų šokio slypi sudėtingi fizikos procesai ir nuolat besikeičianti Saulės veikla. Pastarųjų metų kosminių misijų duomenys leido daug tiksliau matyti, kas vyksta tūkstančius kilometrų virš mūsų galvų.

Geriau suprasdami pašvaisčių kilmę, mokslininkai gali tiksliau prognozuoti ir erdvės orus, kurie veikia palydovus, navigaciją, elektros tinklus ir radijo ryšį. Tai tampa vis svarbiau pasauliui, kuris kiekvienais metais labiau priklauso nuo kosmoso infrastruktūros.

Saulės vėjas ir nematomas magneto skydas

Šiaurės pašvaistė prasideda Saulėje, kur nuolat vyksta plazmos sprogimai, žybsniai ir vadinamieji vainikiniai masės išmetimai. Per juos į tarpplanetinę erdvę išsviedžiami įelektrintų dalelių srautai, keliaujantys kosmosu milžiniškais atstumais.

Šios dalelės vadinamos Saulės vėju ir beveik nuolat pasiekia Žemę, tačiau mes tiesiogiai to nejaučiame. Planetą gaubiantis magnetinis laukas nukreipia didžiąją dalį šių dalelių aplink mūsų pasaulį ir taip sudaro magnetosferą, kuri primena nematomą burbulą kosmose.

Kas vyksta virš ašigalių?

Magnetosfera nėra vientisa ir nejudri, ją tampo ir deformuoja Saulės vėjas. Ten, kur Žemės magnetinio lauko linijos atsiveria į kosmosą, daugiausia virš ašigalių, dalelės gali patekti giliau ir leistis magnetinėmis linijomis žemyn atmosferos link.

Leisdamiesi dalelių srautai susiduria su molekulėmis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, maždaug 80–500 kilometrų aukštyje. Šiuose aukščiuose oras labai išretėjęs, todėl net ir nedideli dalelių susidūrimai gali duoti ryškią šviesą, kurią ir matome kaip pašvaistę.

Kodėl pašvaistė žalia, o kartais violetinė?

Pašvaisčių spalvas lemia pagrindinės atmosferos molekulės, su kuriomis susiduria krūvį turinčios dalelės, ir aukštis, kuriame vyksta šie susidūrimai. Dažniausiai matoma žalia spalva susijusi su deguonies atomais maždaug 100–150 kilometrų aukštyje.

Raudoni ir kiek violetiški atspalviai atsiranda, kai dalelės smogia didesniame aukštyje esančiam deguoniui arba azoto molekulėms. Skirtingų aukščių sluoksniai ir besikeičiantis Saulės vėjo intensyvumas sukuria spalvų ir formų įvairovę, kuri pašvaistei suteikia judančių užuolaidų ar juostų pavidalą.

Kaip tai tiria palydovai ir zondai

Norint suprasti, kas tiksliai vyksta magnetosferoje, stebėjimų iš Žemės paviršiaus nepakanka. Todėl pastaraisiais dešimtmečiais paleista daug specialių palydovų ir zondų, kurie skraido skirtinguose aukščiuose ir fiksuoja dalelių srautus, magnetinio lauko stiprumą bei kryptį.

Jų surinkti duomenys rodo, kad magnetosferoje nuolat vyksta staigūs energijos išsikrovimai, vadinami rekoneksija. Tai procesas, kai magnetinio lauko linijos persitvarko, sukurdamos galingus dalelių pagreitėjimus, kurie ir veda prie ryškesnių, dinamiškų pašvaisčių protrūkių.

Kuo ypatingi stiprūs Saulės žybsniai

Ne kiekvieną naktį prie ašigalių matomas įspūdingas pašvaisčių šokis, tam reikia pakankamai aktyvios Saulės. Kai įvyksta stiprus žybsnis ar vainikinės masės išmetimas, Žemę pasiekiantis dalelių srautas sustiprėja ir gali sukelti vadinamąją geomagnetinę audrą.

Tokių audrų metu pašvaistės kartais persikelia daug arčiau vidutinių platumų, todėl spalvotas dangus gali būti matomas ir vietose, kur tai nutinka itin retai. Tuo pat metu sustiprėjusi dalelių lavina dangaus viršuje sukuria trikdžius radijo ryšiui ir paveikia palydovų darbą.

Ryšys su navigacija ir elektros tinklais

Geomagnetinės audros ir su jomis susijusios pašvaistės nėra vien tik įspūdingas gamtos reiškinys. Jų metu viršutinėje atmosferos dalyje keičiasi jonų pasiskirstymas, o tai gali iškreipti radijo bangų sklidimą ir paveikti ilgo nuotolio ryšį.

Stipresni įmagnetinimo pokyčiai sukuria sroves ilgose laidų sistemose, pavyzdžiui, elektros perdavimo linijose ar naftotiekiuose. Tokios srovės gali perkrauti įrangą ir sukelti sutrikimų, todėl energetikos bendrovėms svarbu sekti erdvės orų prognozes ir esant reikalui laiku sumažinti apkrovas.

Kaip prognozuojamas pašvaisčių matomumas

Šiandien veikia Žemę ir Saulę stebintys palydovai, kurie realiu laiku matuoja Saulės vėjo greitį, tankį ir magnetinio lauko kryptį. Šie duomenys naudojami kompiuteriniuose modeliuose, padedančiuose apskaičiuoti, ar artimiausiomis valandomis gali įvykti geomagnetinė audra.

Tokios prognozės leidžia ne tik įspėti apie galimus ryšio ir tinklų sutrikimus, bet ir nurodyti regionus, kuriuose tikėtina matyti pašvaistę. Vis dėlto šie skaičiavimai dar nėra tobuli, nes magnetosferos procesai labai sudėtingi ir gali keistis per minutes.

Ar pašvaistės gali dingti?

Saulės aktyvumas kinta maždaug 11 metų ciklais, todėl laikotarpiais, kai dėmių ir žybsnių mažiau, pašvaistės tampa retesnės ir silpnesnės. Tačiau visiškai išnykti jos negali, nes ir ramesnė Saulė vis tiek skleidžia nuolatinį dalelių vėją.

Ilgesnėje laiko skalėje svarbus ir pačios Žemės magnetinio lauko stiprumas bei struktūra, kuris taip pat kinta. Stebėjimai rodo, kad laukas lėtai silpnėja, bet kalbėti apie artimą jo žlugimą nėra pagrindo, todėl ir šiaurinių šalių naktinį dangų pašvaistės dar ilgai puoš ir bus vertingos tyrimams.