Toen mysterieuze gloeiende strepen van groen de Finse luchten in 2018 verlichtten, bleef het niet onopgemerkt door enthousiaste aurora-achtervolgers. Het lichtpatroon was onbekend en vreemd perfect en reikte als een stel hemelse zandduinen naar de horizon.
En inderdaad, de lichtshow die door de burgerwetenschappers 'de duinen' werd genoemd, bleek een nieuw type aurora te zijn. Deze aurora wordt gevormd door de dramatische dans van zwaartekrachtgolven en zuurstofatomen, volgens nieuwe bevindingen die vandaag (29 januari) zijn gepubliceerd in het tijdschrift AGU Advances.
Het pad naar ontdekking begon jaren geleden toen een groep aurora-enthousiastelingen Minna Palmroth, een professor computationele ruimtefysica aan de Universiteit van Helsinki, een e-mail stuurde met het verzoek om lid te worden van hun Facebook-groep. Het doel? Laat Palmroth de fysica achter de aurora's uitleggen die ze aan het fotograferen waren.
Palmroth deed dat graag. Na een tijdje realiseerde ze zich dat haar antwoorden herhaald werden - dus publiceerde ze een aurora-gids. Maar in oktober 2018 kwamen de aurora-achtervolgers bij haar terug met afbeeldingen van een raadselachtige aurora.
'Toen realiseerde ik me dat oh nee ... ik heb deze nog niet eerder gezien', vertelde Palmroth aan WordsSideKick.com. Op het eerste gezicht leken deze strepen het resultaat van zwaartekrachtgolven of dichtheidsstoringen in de bovenste atmosfeer. De bovenste atmosfeer is doorspekt met veel verschillende zwaartekrachtgolven die in verschillende richtingen lopen en verschillende frequenties en afmetingen hebben. Maar die verklaring leek niet mogelijk, omdat de golven zo gelijkmatig verdeeld waren.
Daarom organiseerden Palmroth en haar team een campagne voor de avond van 7 oktober, waarbij wetenschappers en burgers in heel Finland bijeenkwamen om de duinen te fotograferen. Door deze foto's te analyseren, begon het team de fysica achter het fenomeen te begrijpen.
Dit is niet de eerste keer dat aurorajagers een nieuw hemels fenomeen hebben geïdentificeerd; burgerwetenschappers ontdekten ook dat de hemelgloed in 2018 liefdevol STEVE werd genoemd.
"Samenwerkingen met burgerwetenschappers worden steeds belangrijker omdat ze 'mobiele sensoren' kunnen worden die gemakkelijk interessante aurora achtervolgen en nieuwe functies kunnen ontdekken die wetenschappers eerder niet opmerkten," zei Toshi Nishimura, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek in Boston University's Center for Space Physics, die geen deel uitmaakte van de studie.
Onzichtbare zwaartekrachtgolven
Aurora's ontstaan wanneer de zon geladen deeltjes naar onze planeet gooit. Die deeltjes reizen langs de magnetische veldlijnen aan de polen van onze planeet en slaan tegen de atomen en moleculen in onze atmosfeer, waardoor die moleculen licht uitstralen. Deze verbluffende lichtshows kunnen in veel verschillende vormen en kleuren voorkomen; zuurstof gloeit groen en rood, terwijl stikstof blauw en paars gloeit, volgens NASA. Astronomen gebruiken ook de vorm van aurora's om te leren wat er gebeurt in de hogere atmosfeer waar ze zich vormen.
Terwijl de meeste aurora's zich verticaal uitstrekken, strekken de duinen zich in golvende golven horizontaal uit naar de evenaar. Niemand had eerder zo'n golfachtige structuur in een aurora waargenomen, zei Palmroth.
De wetenschappers theoretiseren dat de duinen een soort zeldzame atmosferische zwaartekrachtgolf verlichten, mesosferische boringen genaamd. Deze mesosferische boringen treden op wanneer een zwaartekrachtgolf die opkomt in de atmosfeer gebogen en ingeklemd raakt tussen twee relatief koudere lagen van de atmosfeer - de inversielaag, 80 kilometer hoog en de mesopauze, 100 kilometer hoog .
In dit kanaal planten de golven zich horizontaal en over lange afstanden voort zonder te verzakken, waardoor afwisselende plooien ontstaan die ofwel verrijkt zijn met zuurstof ofwel uitgeput zijn van zuurstof. Wanneer de elektronen uit de zon naar binnen stromen, lichten de plooien met hogere zuurstofniveaus meer op dan de plaatsen waar zuurstof ontbreekt, waardoor de karakteristieke strepen ontstaan.
'Dit is een zeer interessante observatie', zei Steven Miller, adjunct-directeur van het Cooperative Institute for Research in the Atmosphere van de Colorado State University, die geen deel uitmaakte van de studie. "Mijn eerste reactie bij het zien van de foto's was dat dit atmosferische zwaartekrachtsgolven kunnen zijn die door de poolactiviteit worden 'benadrukt' - het lijkt erop dat dit ook de hypothese is van de auteurs."
Mesosferische boringen kunnen de patronen in de duinen verklaren, maar 'ik vermoed dat' duinen 'in feite een subset zijn van een veel uitgebreider gebied van atmosferische zwaartekrachtgolven die toevallig door de aurora worden benadrukt,' vertelde Miller aan WordsSideKick.com.
Door sterren op de foto's als referentiepunten te gebruiken, kon het team de hoogte van de duinen berekenen op ongeveer 100 kilometer hoog, wat typisch is voor aurora's. Maar dit slecht bestudeerde gebied van de atmosfeer is te hoog om te meten met radars en ballonnen, en te laag om ruimtevaartuigen te sturen zonder dat ze opbranden. Dus het wordt ook wel de 'onwetendheid' genoemd, zei Palmroth.
'Het is voor het eerst dat deze zwaartekrachtgolven worden waargenomen', zei Palmroth. 'Over het algemeen zijn de boringen eerder een zeldzaam fenomeen.' Maar het observeren van de duinen zou meer over de boringen kunnen onthullen, zei Palmroth.
Zo ontdekten wetenschappers dat de duinen tegelijkertijd en in hetzelfde gebied voorkomen waar elektromagnetische energie uit de ruimte naar de hogere atmosfeer wordt overgebracht, waarvan Palmroth vermoedt dat ze verband zouden kunnen houden met de vorming van de mesosferische boringen in de inversielaag. 'We willen zien of dit echt waar is', zei ze.
