Hustá vrstva molekúl a elektricky nabitých častíc, nazývaná ionosféra, visí v hornej atmosfére Zeme počnúc asi 60 kilometrov nad povrchom planéty a siaha až po vzdialenosť 1 000 km. Slnečné žiarenie pochádzajúce z častíc rašeliny suspendovaných v atmosférickej vrstve. Rádiové signály zdola sa odrazia od ionosféry späť na prístroje na zemi. Tam, kde sa ionosféra prekrýva s magnetickými poľami, sa obloha rozbije v žiarivých svetelných displejoch, ktoré je neuveriteľné vidieť.
Kde je ionosféra?
Niekoľko rôznych vrstiev tvorí zemskú atmosféru vrátane mezosféry, ktorá začína do 50 km, a termosféry, ktorá začína na 85 km. Ionosféra pozostáva z troch častí v mezosfére a termosfére, označených ako D, E a F vrstvy, podľa Centra pre vedecké vzdelávanie UCAR.
Extrémne ultrafialové žiarenie a röntgenové lúče zo slnka bombardujú tieto horné oblasti atmosféry a narážajú na atómy a molekuly zadržiavané v týchto vrstvách. Silné žiarenie uvoľňuje záporne nabité elektróny z častíc a mení ich elektrický náboj. Výsledný oblak voľných elektrónov a nabitých častíc, nazývaný ióny, viedol k názvu „ionosféra“. Ionizovaný plyn alebo plazma sa zmieša s hustejšou neutrálnou atmosférou.
Koncentrácia iónov v ionosfére sa mení v závislosti od množstva slnečného žiarenia dopadajúceho na Zem. Ionosféra rastie s nabitými časticami počas dňa hustou, ale táto hustota v noci ustupuje, pretože nabité častice sa kombinujú s vytlačenými elektrónmi. Podľa NASA sa počas tohto denného cyklu objavujú a miznú celé vrstvy ionosféry. Slnečné žiarenie tiež kolíše v priebehu 11 rokov, čo znamená, že slnko môže v závislosti od roku vydávať viac alebo menej žiarenia.
Výbušné slnečné erupcie a nárazy slnečného vetra vzbudzujú náhle zmeny v ionosfére, spájajúc sa s vysokými nadmorskými výškami a silnými poveternostnými systémami variacimi na Zemi nižšie.
Rozžiarte oblohu
Horúci povrch slnka vylučuje prúdy vysoko nabitých častíc a tieto prúdy sú známe ako slnečný vietor. Podľa Marshall Space Flight Center agentúry NASA slnečný vietor letí vesmírom rýchlosťou 40 km / s. Po dosiahnutí magnetického poľa Zeme a ionosféry pod ním slnečné vetra spustili farebnú chemickú reakciu na nočnej oblohe nazývanú aurora.
Keď slnečné vetry bičujú po celej Zemi, planéta zostane chránená za svojím magnetickým poľom, tiež známym ako magnetosféra. Magnetosféra, ktorá je tvorená vírením roztaveného železa v jadre Zeme, vysiela slnečné žiarenie pretekajúce k jednému z pólov. Tam sa nabité častice zrážajú s chemickými látkami víriacimi v ionosfére, čím sa vytvárajú sparbázové aurory.
Vedci zistili, že vlastné magnetické pole slnka prebúdza slabšie zemské pole a posúva polárne žiary smerom k nočnej strane planéty, ako uvádza správa Popular Mechanics.
Podľa National Geographic sa v blízkosti arktických a antarktických kruhov priťahujú každú noc po oblohe polárna žiara. Farebné svetelné závesy, známe ako aurora borealis a aurora australis, visia asi 620 míľ (1 000 km) nad zemským povrchom. Aurory žiaria zeleno-žltou farbou, keď ióny narážajú na kyslíkové častice v dolnej ionosfére. Pozdĺž aurorových okrajov často kvitne červenkasté svetlo a na nočnej oblohe sa objavujú aj purpurové a modré farby, aj keď sa to stáva zriedka.
„Príčina aurory je trochu známa, ale nie je úplne vyriešená,“ povedal Toshi Nishimura, geofyzik na Bostonskej univerzite. „Napríklad to, čo spôsobuje určitý druh farby aurora, ako je napríklad fialová, je stále záhadou.“
Kto je Steve?
Okrem aurorov, ionosféra tiež hostí ďalšie pôsobivé svetelné predstavenia.
V roku 2016 zaznamenali občianski vedci obzvlášť pútavý jav, ktorý vedci ťažko vysvetlili, sesterská webová stránka Live Science zverejnená v minulosti. Cez Kanadu, ktorá je ďalej na juh, než sa objavuje väčšina auror, pretiekli jasné rieky bieleho a ružovkastého svetla. Príležitostne sa k zmesi pridali pomlčky zelene. Záhadné svetlá boli pomenované Steve ako pocta animovanému filmu „Over the Hedge“ a neskôr boli rebrandingované ako „Silné zvýšenie rýchlosti tepelnej emisie“ - krátko ešte STEVE.
„Študovali sme polárnu žiaru stovky rokov a nedokázali sme a stále nedokážeme vysvetliť, čo je Steve,“ povedal Gareth Perry, vedec v oblasti kozmického počasia na Technologickom inštitúte v New Jersey. "Je to zaujímavé, pretože jeho emisie a vlastnosti sú na rozdiel od všetkého iného, čo pozorujeme, aspoň s optikou, v ionosfére."
Podľa štúdie z roku 2019 v časopise Geophysical Research Letters sa zelené pruhy v STEVE môžu vyvíjať podobne ako tradičné aurory, keďže nabité častice prchajú do atmosféry. V STEVE sa však zdá, že rieka svetla svieti, keď sa častice v ionosfére zrážajú a vytvárajú medzi sebou teplo.
Komunikácia a navigácia
Aj keď reakcie v ionosfére maľujú oblohu brilantnými odtieňmi, môžu tiež narušiť rádiové signály, rušiť navigačné systémy a niekedy spôsobiť rozsiahle výpadky energie.
Ionosféra odráža rádiové prenosy pod 10 megahertzov, čo umožňuje armáde, leteckým spoločnostiam a vedcom spájať radarové a komunikačné systémy na veľké vzdialenosti. Tieto systémy fungujú najlepšie, keď je ionosféra hladká, ako zrkadlo, ale môžu byť narušené nepravidelnosťami v plazme. Prenosy GPS prechádzajú ionosférou, a preto nesú rovnaké zraniteľné miesta.
"Počas veľkých geomagnetických búrok alebo udalostí v kozmickom počasí môžu prúdy indukovať ďalšie prúdy v zemi, elektrické siete, potrubia atď. A spôsobiť katastrofu," uviedol Perry. Jedna takáto slnečná búrka spôsobila slávny výpadok v Quebecu v roku 1989. „O tridsať rokov neskôr sú naše elektrické systémy stále vystavené takýmto udalostiam.“
Vedci študujú ionosféru pomocou radarov, kamier, satelitných prístrojov a počítačových modelov, aby lepšie porozumeli fyzickej a chemickej dynamike regiónu. Vyzbrojení týmito vedomosťami dúfajú, že lepšie predpovedajú narušenie ionosféry a predchádzajú problémom, ktoré môžu spôsobiť na zemi nižšie.
