Et tæt lag af molekyler og elektrisk ladede partikler, kaldet ionosfæren, hænger i jordens øverste atmosfære og starter ca. 60 kilometer over planetens overflade og strækker sig ud over 1.000 km (620 miles). Solstråling fra oven buffeter partikler suspenderet i det atmosfæriske lag. Radiosignaler nedenfra spretter ionosfæren tilbage til instrumenter på jorden. Hvor ionosfæren overlapper hinanden med magnetiske felter, bryder himlen ud i strålende lysskærme, som er utrolige at se.
Hvor er ionosfæren?
Flere forskellige lag udgør Jordens atmosfære, herunder mesosfæren, der starter 50 km (50 km) op, og termosfæren, der starter ved 85 km (85 km) op. Ionosfæren består af tre sektioner inden for mesosfæren og termosfæren, mærket D-, E- og F-lagene, ifølge UCAR Center for Science Education.
Ekstrem ultraviolet stråling og røntgenstråler fra solen bombarderer disse øvre regioner i atmosfæren og slår atomer og molekyler inde i disse lag. Den kraftige stråling løsriver negativt ladede elektroner fra partiklerne og ændrer disse partiklers elektriske ladning. Den resulterende sky af frie elektroner og ladede partikler, kaldet ioner, førte til navnet "ionosphere." Den ioniserede gas eller plasma blandes med den tættere, neutrale atmosfære.
Koncentrationen af ioner i ionosfæren varierer med mængden af solstråling, der bærer ned på Jorden. Ionosfæren vokser tæt med ladede partikler i løbet af dagen, men den densitet aftager om natten, når ladede partikler rekombineres med forskudte elektroner. Hele lag af ionosfæren vises og forsvinder i løbet af denne daglige cyklus, ifølge NASA. Solstråling svinger også over en periode på 11 år, hvilket betyder, at solen kan udsætte mere eller mindre stråling afhængigt af året.
Eksplosive solafbrændinger og vindstød fra solen brænder pludselige ændringer i ionosfæren sammen med vinde i højde og hårde vejrsystemer, der brygger på jorden nedenfor.
Lys op himlen
Solens brændende varme overflade udstrømmer strømme af meget ladede partikler, og disse vandløb er kendt som solvind. Ifølge NASAs Marshall Space Flight Center flyver solvind gennem rummet ca. 40 km (40 km) pr. Sekund. Da de nåede Jordens magnetfelt og ionosfæren nedenfor, startede solvindene en farverig kemisk reaktion på nattehimlen kaldet aurora.
Når solvindene pisker over Jorden, forbliver planeten afskærmet bag sit magnetfelt, også kendt som magnetosfæren. Genereret ved at kaste smeltet jern i jordens kerne, sender magnetosfæren solstråling som kæmper mod begge poler. Der kolliderer de ladede partikler med kemikalier, der hvirvler rundt i ionosfæren, hvilket genererer den fortryllende auroras.
Forskere har fundet, at solens eget magnetfelt klemmer jordens svagere felt og flytter auroras mod nattsiden af planeten, som rapporteret af Popular Mechanics.
I nærheden af de arktiske og antarktiske cirkler strejker auroras over himlen hver nat ifølge National Geographic. De farverige lysgardiner, kendt som henholdsvis aurora borealis og aurora australis, hænger ca. 620 miles (1.000 km) over jordoverfladen. Aurorerne lyser grønt-gule, når ioner rammer iltpartikler i den nedre ionosfære. Rødligt lys blomstrer ofte langs auroras kanter, og lilla og blå vises også på nattehimlen, skønt dette sjældent sker.
”Årsagen til aurora er noget kendt, men den er ikke helt løst,” sagde Toshi Nishimura, en geofysiker ved Boston University. "Hvad der for eksempel forårsager en bestemt type farve af aurora, f.eks. Lilla, er stadig et mysterium."
Hvem er Steve?
Ud over auroras spiller ionosfæren også vært for andre imponerende lysshows.
I 2016 opdagede borgerforskere et særligt iøjnefaldende fænomen, som forskere kæmpede med at forklare, rapporterede Live Science søstersite Space.com tidligere. Lyse floder med hvidt og lyserødt lys strømmede over Canada, som er længere sydpå end de fleste auroras vises. Lejlighedsvis kom bindestreger med grønt i blandingen. De mystiske lys blev navngivet Steve i hyldest til den animerede film "Over the Hedge" og blev senere omdirigeret til "Strong Thermal Emission Velocity Enhancement" - stadig STEVE for kort.
"Vi har studeret auroraen i hundreder af år, og vi kunne ikke, og kan stadig ikke, forklare, hvad Steve er," sagde Gareth Perry, en videnskab inden for rumvejr ved New Jersey Institute of Technology. "Det er interessant, fordi dens emissioner og egenskaber er i modsætning til alt andet, vi observerer, i det mindste med optik, i ionosfæren."
Ifølge en undersøgelse fra 2019 i tidsskriftet Geophysical Research Letters, kan de grønne striber inden for STEVE udvikle sig på samme måde som traditionelle auroras, da ladede partikler regner ned på atmosfæren. I STEVE ser det imidlertid ud til, at lysfloden lyser, når partikler i ionosfæren kolliderer og genererer varme imellem sig.
Kommunikation og navigation
Selvom reaktioner i ionosfæren maler himlen med strålende nuancer, kan de også forstyrre radiosignaler, forstyrre navigationssystemer og undertiden forårsage omfattende strømafbrydelser.
Ionosfæren reflekterer radiotransmissioner under 10 megahertz, hvilket gør det muligt for militæret, luftfartsselskaberne og forskerne at forbinde radar og kommunikationssystemer over lange afstande. Disse systemer fungerer bedst, når ionosfæren er glat som et spejl, men de kan forstyrres af uregelmæssigheder i plasmaet. GPS-transmissioner passerer gennem ionosfæren og bærer derfor de samme sårbarheder.
"Under store geomagnetiske storme eller rumvejrbegivenheder kan strømme inducere andre strømme i jorden, elektriske net, rørledninger osv. Og skabe ødelæggelse," sagde Perry. En sådan solstorm forårsagede den berømte Quebec-mørklægning i 1989. "30 år senere er vores elektriske systemer stadig sårbare over for sådanne begivenheder."
Forskere studerer ionosfæren ved hjælp af radarer, kameraer, satellitbundne instrumenter og computermodeller for bedre at forstå regionens fysiske og kemiske dynamik. Bevæbnet med denne viden håber de på bedre at forudsige forstyrrelser i ionosfæren og forhindre problemer, der kan forårsage på jorden nedenfor.
