Da mystiske glødende striper med grønt lyste opp finsk himmel i 2018, gikk det ikke upåaktet hen av ivrige aurora chasers. Lysmønsteret var ukjent og merkelig perfekt, og rakk ut mot horisonten som et sett med himmelske sanddyner.
Visst nok, lysshowet som ble kalt av innbyggerforskerne som "sanddynene", viste seg å være en ny type aurora. Denne auroraen er dannet av den dramatiske dansen av tyngdekraftsbølger og oksygenatomer, ifølge nye funn publisert i dag (29. januar) i tidsskriftet AGU Advances.
Veien til oppdagelsen begynte for mange år siden da en gruppe aurora-entusiaster sendte en e-post til Minna Palmroth, professor i beregningsromsfysikk ved Universitetet i Helsingfors, og ba henne bli medlem av Facebook-gruppen deres. Målet? La Palmroth forklare fysikken bak aurorene de fotograferte.
Palmroth var glad for å gjøre det. Etter en stund innså hun at svarene ble gjentagende - så hun fortsatte med å gi ut en guide for aurora. Men i oktober 2018 kom aurora-chaserne tilbake til henne med bilder av en underlig aurora.
"Da innså jeg at å nei ... jeg har ikke sett disse før," fortalte Palmroth til Live Science. Ved første blikk så disse stripene ut som et resultat av gravitasjonsbølger, eller tetthetsforstyrrelser i den øvre atmosfæren. Den øvre atmosfæren er stripete med mange forskjellige tyngdekraftsbølger som går i forskjellige retninger og har forskjellige frekvenser og størrelser. Men den forklaringen virket ikke mulig, fordi bølgene var så jevnt spredt.
Så Palmroth og teamet hennes arrangerte en kampanje for kvelden 7. oktober, og samlet forskere og borgere over hele Finland for å fotografere sanddynene. Ved å analysere disse fotografiene begynte teamet å forstå fysikken bak fenomenet.
Dette er ikke første gang aurora chasers har identifisert et nytt himmelsk fenomen; innbygger forskere oppdaget også himmelen glød kjærlig kalt STEVE i 2018.
"Samarbeid med innbyggerforskere blir stadig viktigere fordi de kan bli 'mobile sensorer' som jager interessante aurora lett og fanger nye funksjoner som forskere ikke la merke til før," sa Toshi Nishimura, en forskningslektor i elektro- og datateknikk ved Boston Universitetets senter for romfysikk, som ikke var en del av studien.
Usynlige tyngdekraftsbølger
Auroras resultat når solen kaster ladede partikler mot planeten vår. Disse partiklene beveger seg langs magnetfeltlinjene ved planetens poler og smeller inn i atomene og molekylene i atmosfæren vår, og får disse molekylene til å avgi lys. Disse fantastiske lysshowene kan komme i mange forskjellige former og farger; oksygen lyser i grønt og rødt mens nitrogen lyser i blått og lilla, ifølge NASA. Astronomer bruker også formen på auroras for å lære hva som skjer i den øvre atmosfæren der de dannes.
Mens de fleste auroras strekker seg vertikalt, strekker sanddynene seg ut mot ekvator horisontalt i bølgende bølger. Ingen hadde observert en slik bølgelignende struktur i en aurora før, sa Palmroth.
Forskerne teoretiserer at sanddynene lyser opp en type sjeldne atmosfæriske tyngdekraftsbølger som kalles mesosfæriske boringer. Disse mesosfæriske kjedene oppstår når en tyngdekraftbølge som stiger opp i atmosfæren blir bøyd og klemt mellom to relativt kaldere lag i atmosfæren - inversjonslaget, 80,7 miles (80 kilometer) høyt, og mesopausen, 100 km (100 km) høyt .
I denne kanalen forplantes bølgene horisontalt og over lange avstander uten å senke seg, og skaper vekslende folder som enten er beriket med oksygen eller utarmet oksygen. Når elektronene fra solen strømmer inn, lyser foldene med høyere oksygennivåer mer enn stedene som mangler oksygen, og skaper de karakteristiske stripene.
"Dette er en veldig interessant observasjon," sa Steven Miller, visedirektør for Cooperative Institute for Research in the Atmosphere ved Colorado State University, som ikke var en del av studien. "Min første reaksjon da jeg så bildene, var at det kan være atmosfæriske tyngdekraftsbølger som blir" fremhevet "av auroralaktiviteten - det ser ut til at dette også er forfatterens hypotese."
Mesospheric bores kan forklare mønstrene som er sett i sanddynene, men "Jeg antar at 'sanddyner' faktisk er en undergruppe av et mye mer utbredt område av atmosfæriske tyngdekraftsbølger som tilfeldigvis blir fremhevet av auroraen," sa Miller til Live Science.
Ved å bruke stjerner på bildene som referansepunkter, klarte teamet å beregne høyden til sanddynene til å være rundt 100 kilometer høye, noe som er typisk for auroras. Men denne dårlig studerte regionen i atmosfæren er for høy til å måle med radarer og ballonger, og for lav til å sende romfartøy uten at de brenner opp. Så det kalles noen ganger "ignorosphere", sa Palmroth.
"Dette er første gang disse tyngdekraftsbølgene blir observert," sa Palmroth. "Generelt er kjedene heller et sjeldent fenomen." Men å observere sanddynene kan avsløre mer om borehullene, sa Palmroth.
For eksempel fant forskere at sanddynene forekommer på samme tid og i samme region hvor elektromagnetisk energi fra verdensrommet overføres til den øvre atmosfæren, noe Palmroth mistenker kunne være koblet til opprettelsen av inversjonslaget mesosfæriske boringer. "Vi vil se om dette virkelig stemmer," sa hun.
