Ang napakalaking unipormeng aurora na nakita mula sa lupa noong gabi ng Pasko ng 2022 ay nakumpirma na polar rain aurora. Ito ang unang ground-based na pagmamasid ng polar rain aurora. Hindi tulad ng tipikal na aurora na hinihimok ng mga insidenteng electron na nakaimbak sa magnetotail ng magnetosphere ng mundo, ang polar rain aurora ay nabuo ng mga electron na direktang naglalakbay mula sa solar corona hanggang sa mga polar na rehiyon ng mundo kasama ang bukas na mga linya ng magnetic field upang magtapos sa "polar. rain" electron precipitation na nagdudulot ng optical emissions sa pakikipag-ugnayan sa oxygen at nitrogen atoms sa atmospera.
Ang kwento ng aurorae, ang makukulay na nakasisilaw na liwanag na palabas (tinatawag na Northern lights o aurora borealis sa north pole region at Southern Lights o Aurora Australis sa south pole region) ay nagsisimula sa coronal layer ng solar atmosphere. Ang temperatura ng solar atmospheric layer na ito ay napakataas. Habang ang temperatura ng layer ng photosphere (na tinatrato bilang ibabaw ng araw dahil ito ang makikita natin sa liwanag) ay humigit-kumulang 6000 Kelvin, ang average na temperatura ng corona ay nasa pagitan ng 1 hanggang 2 milyong Kelvin dahil sa 'Coronal Heating Paradox'. Ang ganitong mataas na temperatura ay ginagawang isang layer ng superheated plasma ang corona. Ang solar wind na binubuo ng napakalakas na electrically charged na mga particle (tulad ng mga electron, proton, alpha particle at heavy ions) ay patuloy na nagmumula sa coronal layer sa lahat ng direksyon kabilang ang direksyon ng Earth.
Ang panlabas na paglalakbay ng mga masiglang sisingilin na mga particle mula sa araw hanggang sa lupa ay hindi simple at prangka. Karaniwan, ang mga ionised na particle ay pinalihis ng magnetic field ng mundo (magnetosphere) kaya ang mga anyo ng buhay at mga sistemang elektrikal sa mundo ay nananatiling hindi naaapektuhan mula sa mga nakakapinsalang epekto ng solar wind.
Gayunpaman, sa kaganapan ng napakalaking pagbuga ng mga sisingilin na particle mula sa araw tulad ng sa kaso ng Coronal Mass Ejection (CMEs), ang magnetosphere ng lupa ay nalulula at nagiging resulta ng magnetic storm. Binibigyang-diin ng bagyo ang magnetosphere hanggang sa ito ay bumagsak pabalik na itinapon ang ilan sa mga naka-charge na particle patungo sa Earth.
Ang retracting band ng magnetic field ay hinihila ang mga electron sa solar wind pababa sa mga polar region kung saan ang aurorae ay sinusunod 100-300 km sa itaas ng ibabaw sa itaas na kapaligiran. Ang kontribusyon ng mga proton at iba pang mga ion sa solar wind sa pagbuo ng aurora ay bale-wala.
Ang Aurora ay karaniwang optical emissions mula sa oxygen at nitrogen atoms na nasasabik ng mga energetic na electron na nagmumula sa magnetosphere kasama ang mga closed magnetic field lines ng earth (energetic electron precipitation o EEP ay tumutukoy sa deposition ng enerhiya ng mga electron sa atmospera). Ang pakikipag-ugnayan ng mga masipag na electron na may oxygen sa atmospera ay responsable para sa berde at pula na mga kulay samantalang ang pakikipag-ugnayan sa nitrogen ay humahantong sa paggawa ng asul at malalim na pulang kulay.
Kaya, ang pagbuo ng aurora ay hinihimok ng insidente na mga electron na nakaimbak sa magnetotail (ang rehiyon ng magnetosphere ng lupa na tinatangay ng solar wind sa isang malawak na buntot sa direksyon na malayo sa araw). Ang mga electron na naka-imbak sa magnetosphere ay pinalakas ng solar wind na pumipilit at pagkatapos ay namuo sa atmospera sa mga pagsabog sa mga polar na rehiyon upang magbunga ng aurora.
Polar Rain Aurora
Gayunpaman, bihira, ang aurorae ay nabuo sa pamamagitan ng mga electron na direktang naglalakbay mula sa solar corona hanggang sa mga polar na rehiyon ng mundo kasama ang mga bukas na linya ng magnetic field upang magtapos sa "polar rain" na pag-ulan ng elektron. Ang ganitong pag-ulan ng elektron ay makikitang matindi kapag mababa ang density ng solar wind. Ang mga optical emissions na dulot ng naturang mga electron ay mahina at ang nabuong aurora ay tinatawag na "polar rain aurora".
Ang polar rain aurorae ay naobserbahan sa ilang pagkakataon mula sa kalawakan ng mga satellite. Gayunpaman, walang kaso ang natukoy kailanman ng mga pasilidad na nakabase sa lupa.
Sa 25th-26th Disyembre 2022, isang hindi tipikal na aurora ang nakunan ng mga ground-based na camera sa rehiyon ng Artic nang halos mawala ang solar wind. Ang aurora na naobserbahan ay pare-pareho at napakalaki sa laki. Hindi ito lumilitaw tulad ng isang tipikal na aurora. Ang tipikal na polar cap aurora ay isang makulay na nakakasilaw na liwanag na palabas na nagpapakita ng dynamic na pattern ng mga ilaw na parang bahaghari. Maaari itong lumitaw bilang mga kurtina, sinag, spiral, o bilang nagbabagong flicker. Theta aurora lilitaw tulad ng Greek letter theta (isang hugis-itlog na may linya na tumatawid sa gitna) kapag sinusunod mula sa itaas ng mga satellite. Ang Theta aurorae ay tinutukoy din bilang 'transpolar arcs' dahil sa hitsura ng mga malalaking arko kapag nakikita mula sa itaas. 'Mga arko na nakahanay sa araw.' ay maliliit at madilim na auroral arc na naobserbahan mula sa mga obserbatoryong nakabatay sa lupa. Ang isang dulo ng mga arko ay nakadirekta sa Araw kaya tinawag na 'Mga arko na nakahanay sa araw. '
Ang aurora na naobserbahan sa gabi ng Pasko noong 2022 ay makinis, nagkakalat at napakalaki sa laki. Hindi ito mukhang isang tipikal na aurora kaya ito ay naisip na isang polar rain aurora. Upang kumpirmahin ito, sinisiyasat ito ng mga mananaliksik gamit ang satellite-based at ground-based na data.
Ang mga imahe ng satellite ay nagpakita na ang polar cap na rehiyon ay ganap na walang laman sa simula. Ang polar cap ay nagsimulang mapuno ng mahinang nagkakalat na aurora noong 25th Disyembre. Kasunod nito, halos ang buong rehiyon ng polar cap ay nasakop ng matitindi ngunit hindi gaanong nakabalangkas na mga emisyon. Ang malakihang pagpuno ng polar cap na ito ng diffuse aurorae ay nagpatuloy nang humigit-kumulang 28 oras. Ang matinding emisyon sa loob ng polar cap ay nagsimulang kumupas noong umaga 26th Disyembre at sa loob ng ilang oras, ang istraktura ng aurora ay bumalik sa normal na distribusyon at ang polar cap ay walang laman muli.
Ang polar rain electron precipitation ay karaniwang nangyayari sa isang hemisphere lamang depende sa oryentasyon ng interplanetary magnetic field (IMF). Ang sabay-sabay na mga imahe ng satellite ay nagpakita ng kumpletong pagpuno ng polar cap sa Northern Hemisphere habang ang polar cap ng Southern Hemisphere ay walang laman. Ang naobserbahang interhemispheric asymmetry at ang inaasahang oryentasyon ng IMF ay mariing nagmungkahi na ang malakihang aurora na nakita sa loob ng polar cap ng Northern Hemisphere ay isang polar rain aurora. Ang interhemispheric asymmetry ay nakita din sa data ng elektron. Gayundin, ang ugnayan sa pagitan ng timing ng pagkawala ng solar wind at ng pagpuno ng polar cap ay napakahusay.
Ang optical measurements mula sa ground-based na pasilidad sa Artic town ng Longyearbyen noong 25th -26th Ipinakita ng Disyembre na ang mga electron ng mataas na enerhiya (>1 keV) ang bumubuo sa pangunahing bahagi ng pag-ulan ng elektron. Ang isang pag-agos ng mataas na enerhiya na mga electron ay naobserbahan din ng satellite. Bilang isang resulta, ang aurora ay nakikita mula sa lupa bilang maliwanag na berdeng emisyon.
Sa isang naunang pag-aaral, ipinakita na ang polar rain aurora ay gumagalaw laban sa sunward sa 150 metro/sec. Sa kaso ng hindi tipikal na aurora na nakita sa gabi ng Pasko ng 2022, ang pagsusuri sa cross-sectional optical data ay nagpahiwatig na ang aurora ay dumami sa anti-sunward na direksyon gayunpaman ang bilis ng aurora kung titingnan mula sa lupa ay dalawa hanggang tatlong beses na mas mabilis.
Kaya, ang napakalaking unipormeng aurora na nakikita mula sa lupa sa gabi ng Pasko noong 2022 ay isang polar rain aurora. Ito ang unang ground-based na pagmamasid sa polar rain aurora, isang natatanging aspeto ng kumplikadong koneksyon sa Sun-Earth.
***
Sanggunian:
- Hosokawa, K. et al 2024. Pambihirang napakalaking aurora sa polar cap noong isang araw na halos mawala ang solar wind. SCIENCE ADVANCES. 21 Hunyo 2024. Vol 10, Isyu 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Available sa https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
