Khi những dải màu xanh lá cây phát sáng bí ẩn thắp sáng bầu trời Phần Lan vào năm 2018, nó đã không được chú ý bởi những kẻ săn đuổi aurora. Mô hình ánh sáng lạ lẫm và hoàn hảo đến kỳ lạ, vươn ra phía chân trời giống như một tập hợp cồn cát thiên thể.
Chắc chắn, màn trình diễn ánh sáng được các nhà khoa học công dân mệnh danh là "cồn cát" hóa ra là một loại cực quang mới. Cực quang này được hình thành bởi vũ điệu kịch tính của sóng trọng lực và nguyên tử oxy, theo phát hiện mới được công bố hôm nay (29/1) trên tạp chí AGU Advances.
Con đường khám phá bắt đầu từ nhiều năm trước khi một nhóm những người đam mê cực quang gửi email cho Minna Palmroth, giáo sư vật lý không gian tính toán tại Đại học Helsinki, yêu cầu cô tham gia nhóm Facebook của họ. Mục đích? Yêu cầu Palmroth giải thích vật lý đằng sau cực quang mà họ đang chụp.
Palmroth rất vui khi làm như vậy. Sau một thời gian, cô nhận ra câu trả lời của mình đang trở nên lặp đi lặp lại - vì vậy cô tiếp tục xuất bản một cuốn sách hướng dẫn cực quang. Nhưng vào tháng 10 năm 2018, những kẻ săn đuổi cực quang đã quay trở lại với cô bằng những hình ảnh của một cực quang khó hiểu.
"Sau đó, tôi nhận ra rằng oh không có bản sao tôi chưa từng thấy những thứ này trước đây", Palmroth nói với Live Science. Ngay từ cái nhìn đầu tiên, các sọc này có vẻ là kết quả của sóng trọng lực, hoặc nhiễu loạn mật độ trong bầu khí quyển phía trên. Bầu khí quyển phía trên có nhiều sóng trọng lực khác nhau chạy theo các hướng khác nhau và có tần số và kích cỡ khác nhau. Nhưng lời giải thích đó dường như không thể, bởi vì sóng rất đồng đều.
Vì vậy, Palmroth và nhóm của cô đã tổ chức một chiến dịch cho tối ngày 7 tháng 10, tập hợp các nhà khoa học và công dân trên khắp Phần Lan để chụp ảnh các cồn cát. Bằng cách phân tích những bức ảnh này, nhóm nghiên cứu bắt đầu hiểu được vật lý đằng sau hiện tượng này.
Đây không phải là lần đầu tiên những người săn đuổi cực quang đã xác định được một hiện tượng thiên thể mới; các nhà khoa học công dân cũng phát hiện bầu trời rực sáng được mệnh danh là STEVE năm 2018.
Toshi Nishimura, giáo sư nghiên cứu về kỹ thuật điện và máy tính tại Boston cho biết: "Sự hợp tác với các nhà khoa học công dân ngày càng trở nên quan trọng bởi vì chúng có thể trở thành" cảm biến di động ", dễ dàng theo đuổi cực quang thú vị và nắm bắt các tính năng mới mà các nhà khoa học không nhận thấy trước đây. Trung tâm Vật lý Vũ trụ của Đại học, người không tham gia nghiên cứu.
Sóng hấp dẫn vô hình
Kết quả Auroras khi mặt trời ném các hạt tích điện về phía hành tinh của chúng ta. Những hạt đó di chuyển dọc theo các đường sức từ ở hai cực của hành tinh chúng ta và đâm sầm vào các nguyên tử và phân tử trong khí quyển của chúng ta, khiến những phân tử đó phát ra ánh sáng. Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp này có thể có nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau; Oxy phát sáng màu xanh lá cây và đỏ trong khi nitơ phát sáng màu xanh lam và tím, theo NASA. Các nhà thiên văn học cũng sử dụng hình dạng của cực quang để tìm hiểu những gì đang xảy ra trong bầu khí quyển phía trên nơi chúng hình thành.
Trong khi hầu hết các cực quang kéo dài theo chiều dọc, các cồn cát mở rộng về phía xích đạo theo chiều ngang trong sóng nhấp nhô. Không ai từng quan sát thấy một cấu trúc giống như sóng trong cực quang trước đó, Palmroth nói.
Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng các đụn cát đang thắp sáng một loại sóng hấp dẫn khí quyển hiếm có tên là các lỗ thông tầng. Những giếng khoan mesospheric xảy ra khi một làn sóng lực hấp dẫn đó là tăng lên trong khí quyển trở nên cong và kẹp giữa hai lớp tương đối lạnh hơn của khí quyển - lớp đảo ngược, 49,7 dặm (80 km) cao, và mesopause, 62 dặm (100 km) cao .
Trong kênh này, sóng lan truyền theo chiều ngang và trên một khoảng cách dài mà không bị lún xuống, tạo ra các nếp gấp xen kẽ được làm giàu bằng oxy hoặc cạn kiệt oxy. Khi các electron từ dòng mặt trời chiếu vào, các nếp gấp với mức oxy cao hơn sẽ sáng lên nhiều hơn so với những nơi thiếu oxy, tạo ra các sọc đặc trưng.
"Đây là một quan sát rất thú vị", Steven Miller, phó giám đốc của Viện nghiên cứu hợp tác về khí quyển tại Đại học bang Colorado, người không tham gia nghiên cứu cho biết. "Phản ứng đầu tiên của tôi khi nhìn thấy những bức ảnh đó là những sóng có thể là sóng hấp dẫn trong khí quyển đang bị 'làm nổi bật' bởi hoạt động cực quang - có vẻ như đây cũng là giả thuyết của các tác giả."
Miller có lỗ hổng có thể giải thích cho các mô hình nhìn thấy trong cồn cát, nhưng "tôi phỏng đoán rằng" cồn cát "trên thực tế là một tập hợp của một vùng sóng hấp dẫn khí quyển lan rộng hơn nhiều được đánh dấu bởi cực quang", Miller nói với Live Science.
Bằng việc sử dụng ngôi sao trong các bức ảnh như điểm tham chiếu, nhóm nghiên cứu đã có thể tính toán độ cao của cồn vào khoảng 62 dặm (100 km) cao, đó là điển hình của cực quang. Nhưng khu vực nghiên cứu kém về bầu khí quyển này quá cao để đo bằng radar và bóng bay, và quá thấp để gửi tàu vũ trụ mà không làm chúng bốc cháy. Vì vậy, đôi khi nó được gọi là "không biết gì", Palmroth nói.
"Đây là lần đầu tiên những sóng trọng lực này được quan sát", Palmroth nói. "Nói chung, các lỗ khoan là một hiện tượng hiếm." Nhưng quan sát cồn cát có thể tiết lộ nhiều hơn về các lỗ khoan, Palmroth nói.
Chẳng hạn, các nhà khoa học phát hiện ra rằng các đụn cát xảy ra cùng một lúc và trong cùng khu vực nơi năng lượng điện từ từ không gian truyền đến bầu khí quyển phía trên, mà nghi phạm Palmroth có thể được kết nối với việc tạo ra các lỗ thông tầng lớp đảo ngược. "Chúng tôi muốn xem liệu điều này có thực sự đúng không", cô nói.
