Ένα πυκνό στρώμα μορίων και ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, που ονομάζεται ιονόσφαιρα, κρέμεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης ξεκινώντας από περίπου 60 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη και ξεπερνώντας τα 1.000 χιλιόμετρα. Η ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται από τα παραπάνω σωματίδια μπουφέ που αιωρούνται στο ατμοσφαιρικό στρώμα. Τα ραδιοσήματα από κάτω αποκαλύπτουν την ιονόσφαιρα πίσω στα όργανα στο έδαφος. Όταν η ιονόσφαιρα επικαλύπτεται με μαγνητικά πεδία, ο ουρανός εκρήγνυται σε λαμπερές επιδείξεις φωτός που είναι απίστευτες.
Πού βρίσκεται η ιονόσφαιρα;
Αρκετά ξεχωριστά στρώματα αποτελούν τη γήινη ατμόσφαιρα, συμπεριλαμβανομένης της μεσοσφαίρας, η οποία ξεκινά 50 μίλια και η θερμοσφαίρα, η οποία ξεκινά στα 85 μίλια. Η ιονόσφαιρα αποτελείται από τρία τμήματα εντός της μεσοσφαίρας και της θερμοσφαίρας, τα οποία χαρακτηρίζονται ως στρώματα D, E και F, σύμφωνα με το Κέντρο Εκπαίδευσης Επιστημών της UCAR.
Η ακραία υπεριώδης ακτινοβολία και οι ακτίνες Χ από τον ήλιο βομβαρδίζουν αυτές τις ανώτερες περιοχές της ατμόσφαιρας, χτυπώντας τα άτομα και τα μόρια που βρίσκονται μέσα σε αυτά τα στρώματα. Η ισχυρή ακτινοβολία απομακρύνει αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από τα σωματίδια, αλλάζοντας το ηλεκτρικό φορτίο αυτών των σωματιδίων. Το προκύπτον σύννεφο ελεύθερων ηλεκτρονίων και φορτισμένων σωματιδίων, που ονομάζονται ιόντα, οδήγησε στο όνομα "ιονόσφαιρα". Το ιονισμένο αέριο, ή το πλάσμα, αναμιγνύεται με την πυκνότερη, ουδέτερη ατμόσφαιρα.
Η συγκέντρωση των ιόντων στην ιονόσφαιρα ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στη Γη. Η ιονόσφαιρα αυξάνεται πυκνά με φορτισμένα σωματίδια κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά αυτή η πυκνότητα υποχωρεί τη νύχτα, καθώς τα φορτισμένα σωματίδια ανασυνδυάζονται με εκτοπισμένα ηλεκτρόνια. Ολόκληρα στρώματα της ιονόσφαιρας εμφανίζονται και εξαφανίζονται κατά τη διάρκεια αυτού του καθημερινού κύκλου, σύμφωνα με την NASA. Η ηλιακή ακτινοβολία επίσης κυμαίνεται σε μια περίοδο 11 ετών, που σημαίνει ότι ο ήλιος μπορεί να βάλει περισσότερο ή λιγότερο ακτινοβολία ανάλογα με το έτος.
Οι εκρηκτικές ηλιακές εκλάμψεις και οι ριπές του ηλιακού ανέμου προκαλούν ξαφνικές αλλαγές στην ιονόσφαιρα, συνεργαζόμενες με τους ανέμους μεγάλου υψομέτρου και τα βαριά καιρικά συστήματα που ζυμώνουν στη Γη κάτω.
Ανάβουν στον ουρανό
Η καυτή επιφάνεια του ήλιου εκλύει ρεύματα φορτισμένων σωματιδίων και αυτά τα ρεύματα είναι γνωστά ως ηλιακός άνεμος. Σύμφωνα με το Marshall Space Flight Center της NASA, ο ηλιακός άνεμος πετάει διαστημικά στα 40 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Μόλις φτάσει στο μαγνητικό πεδίο της Γης και στην ιονόσφαιρα κάτω, οι ηλιακοί άνεμοι εκπέμπουν μια πολύχρωμη χημική αντίδραση στον νυχτερινό ουρανό που ονομάζεται aurora.
Όταν οι ηλιακοί άνεμοι μαστίζουν τη Γη, ο πλανήτης παραμένει προστατευμένος πίσω από το μαγνητικό του πεδίο, γνωστό και ως μαγνητόσφαιρα. Το μαγνητόσφαιρο, που δημιουργείται από την ανάδευση του τετηγμένου σιδήρου στον πυρήνα της Γης, μεταδίδει την ηλιακή ακτινοβολία σε κάθε πόλο. Εκεί, τα φορτισμένα σωματίδια συγκρούονται με τις χημικές ουσίες που στροβιλίζονται στην ιονόσφαιρα, δημιουργώντας τις μαγευτικές ακτίνες.
Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι το μαγνητικό πεδίο του ίδιου του ήλιου διαλύει το πιο αδύναμο από τη Γη, αλλάζοντας αύρες προς τη νυχτερινή πλευρά του πλανήτη, όπως αναφέρει η Λαϊκή Μηχανική.
Κοντά στους κύκλους της Αρκτικής και της Ανταρκτικής, οι αύρες σκαρώνουν τον ουρανό κάθε βράδυ, σύμφωνα με την National Geographic. Οι πολύχρωμες κουρτίνες του φωτός, γνωστές ως aurora borealis και aurora australis, αντίστοιχα, κρέμονται περίπου 620 μίλια (1,000 χλμ.) Πάνω από την επιφάνεια της Γης. Οι αύρες λάμπει πράσινο-κίτρινο όταν τα ιόντα χτυπάνουν σωματίδια οξυγόνου στην κατώτερη ιονόσφαιρα. Το κοκκινωπό φως ανθίζει συχνά κατά μήκος των άκρων της αύρας, ενώ τα μοβ και τα μπλε εμφανίζονται και στον ουρανό της νύχτας, αν και αυτό συμβαίνει σπάνια.
"Η αιτία της aurora είναι κάπως γνωστή, αλλά δεν έχει επιλυθεί πλήρως", δήλωσε ο Toshi Nishimura, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης. "Για παράδειγμα, αυτό που προκαλεί ένα συγκεκριμένο είδος χρώματος του aurora, όπως μοβ, είναι ακόμα ένα μυστήριο."
Ποιος είναι ο Steve;
Πέρα από τις ακτίνες, η ιονόσφαιρα φιλοξενεί και άλλες εντυπωσιακές προβολές φωτός.
Το 2016, οι επιστήμονες πολίτη είδαν ένα ιδιαίτερα εντυπωσιακό φαινόμενο, το οποίο οι επιστήμονες αγωνίστηκαν να εξηγήσουν, όπως ανέφερε προηγουμένως ο Space.com. Φωτεινά ποτάμια λευκού και ροζέ λουλούδι έτρεχαν πάνω από τον Καναδά, που είναι μακρύτερα από ό, τι οι περισσότεροι αύρες. Περιστασιακά, οι μπλε πράσινες εντάχθηκαν στο μίγμα. Τα μυστηριώδη φώτα ονομάστηκαν Steve σε φόρο τιμής στην κινούμενη ταινία "Over the Hedge" και αργότερα αναγομώθηκαν ως "ισχυρή ενίσχυση της ταχύτητας των θερμικών εκπομπών" - ακόμα STEVE για λίγο.
«Μελετάμε τον αύρα για εκατοντάδες χρόνια και δεν μπορούσαμε να εξηγήσουμε τι είναι ο Steve», δήλωσε ο Gareth Perry, ένας διαστημικός επιστήμονας του καιρού στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του New Jersey. "Είναι ενδιαφέρον γιατί οι εκπομπές και οι ιδιότητές του δεν μοιάζουν με τίποτα άλλο που παρατηρούμε, τουλάχιστον με την οπτική, στην ιονόσφαιρα".
Σύμφωνα με μια μελέτη του 2019 στο περιοδικό Geophysical Research Letters, οι πράσινες ράβδοι μέσα στο STEVE μπορεί να εξελιχθούν παρόμοια με το πώς διαμορφώνονται οι παραδοσιακές αύρες, καθώς τα φορτισμένα σωματίδια βυθίζονται στην ατμόσφαιρα. Στο STEVE, ωστόσο, ο ποταμός του φωτός φαίνεται να ανάβει όταν τα σωματίδια μέσα στη ιονόσφαιρα συγκρούονται και παράγουν θερμότητα μεταξύ τους.
Επικοινωνία και πλοήγηση
Αν και οι αντιδράσεις στη ιονόσφαιρα βαφτούν στον ουρανό με λαμπρές αποχρώσεις, μπορούν επίσης να διαταράξουν τα ραδιοσήματα, να παρεμποδίσουν τα συστήματα πλοήγησης και μερικές φορές να προκαλέσουν εκτεταμένες διακοπές ρεύματος.
Η ιονόσφαιρα αντανακλά ραδιοφωνικές μεταδόσεις κάτω από 10 megahertz, επιτρέποντας στους στρατιωτικούς, αεροπορικές εταιρείες και επιστήμονες να συνδέουν συστήματα ραντάρ και επικοινωνιών σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτά τα συστήματα λειτουργούν καλύτερα όταν η ιονόσφαιρα είναι ομαλή, όπως ένας καθρέφτης, αλλά μπορούν να διαταραχθούν από ανωμαλίες στο πλάσμα. Οι μεταδόσεις GPS περνούν από την ιονόσφαιρα και επομένως φέρουν τα ίδια ευπάθειες.
"Κατά τη διάρκεια μεγάλων γεωμαγνητικών καταιγίδων ή διαστημικών καιρικών φαινομένων, τα ρεύματα μπορούν να προκαλέσουν άλλα ρεύματα στο έδαφος, ηλεκτρικά δίκτυα, αγωγούς κλπ. Και να προκαλέσουν όλεθρο", δήλωσε ο Perry. Μια τέτοια ηλιακή θύελλα προκάλεσε τη διάσημη διακοπή του Κεμπέκ του 1989. "Τριάντα χρόνια αργότερα, τα ηλεκτρικά μας συστήματα είναι ακόμα ευάλωτα σε τέτοια γεγονότα."
Οι επιστήμονες μελετούν τη ιονόσφαιρα χρησιμοποιώντας ραντάρ, κάμερες, δορυφορικά όργανα και μοντέλα υπολογιστών για να κατανοήσουν καλύτερα τη φυσική και χημική δυναμική της περιοχής. Οπλισμένοι με αυτή τη γνώση, ελπίζουν να προβλέψουν καλύτερα τις διαταραχές στην ιονόσφαιρα και να αποτρέψουν τα προβλήματα που μπορούν να προκαλέσουν στο έδαφος κάτω.
