Rudolf Cole
0 
3778
649
Ett tätt skikt av molekyler och elektriskt laddade partiklar, kallad jonosfären, hänger i jordens övre atmosfär och börjar cirka 60 mil över planetytan och sträcker sig bortom 1 000 mil (1 000 km). Solstrålning som kommer från ovan buffrar partiklar upphängda i atmosfärskiktet. Radiosignaler underifrån studsar jonosfären tillbaka till instrument på marken. Där jonosfären överlappar magnetfält, uppstår himlen i lysande ljusskärmar som är otroliga att se.
Var är jonosfären?
Flera distinkta lager utgör jordens atmosfär, inklusive mesosfären, som börjar 50 mil uppåt, och termosfären, som börjar på 85 mil (85 km) upp. Jonosfären består av tre sektioner inom mesosfären och termosfären, märkta D-, E- och F-lagren, enligt UCAR Center for Science Education.
Extrem ultraviolett strålning och röntgenstrålar från solen bombarderar dessa övre områden i atmosfären och slår fast atomerna och molekylerna i dessa lager. Den kraftfulla strålningen lossnar negativt laddade elektroner från partiklarna och förändrar de partiklarnas elektriska laddning. Det resulterande molnet av fria elektroner och laddade partiklar, kallade joner, ledde till namnet "jonosfär." Den joniserade gasen, eller plasma, blandas med den tätare, neutrala atmosfären.
Koncentrationen av joner i jonosfären varierar med mängden solstrålning som ligger på jorden. Jonosfären växer tätt med laddade partiklar under dagen, men den densiteten avtar på natten när laddade partiklar rekombineras med förskjutna elektroner. Hela lager av jonosfären visas och försvinner under denna dagliga cykel, enligt NASA. Solstrålning varierar också under en 11-årsperiod, vilket innebär att solen kan lägga ut mer eller mindre strålning beroende på året.
Explosiva solfällningar och vindvindar väcker upp plötsliga förändringar i jonosfären, tillsammans med höghöjdsvindar och svåra vädersystem som bryggs på jorden nedan.
Tänd upp himlen
Solens brinnande heta yta utvisar strömmar av mycket laddade partiklar, och dessa strömmar kallas solvind. Enligt NASA: s Marshall Space Flight Center flyger solvind genom rymden med cirka 40 mil per sekund. När de nådde jordens magnetfält och jonosfären nedan, startade solvindar en färgstark kemisk reaktion på natthimlen, kallad aurora.
När solvindarna piska över jorden förblir planeten avskärmad bakom sitt magnetfält, även känt som magnetosfären. Genereras genom att kasta smält järn i jordens kärna, skickar magnetosfären solstrålning tävlande mot endera polen. Där kolliderar de laddade partiklarna med kemikalier som virvlar runt i jonosfären och alstrar den stavbindande aurororna.
Forskare har funnit att solens eget magnetfält klämmer jordens svagare, och flyttar auroror mot nattens sida av planeten, enligt rapporter av Popular Mechanics.
Nära de arktiska och antarktiska cirklarna sträcker sig auroror över himlen varje natt, enligt National Geographic. De färgglada ljusgardinerna, kända som aurora borealis respektive aurora australis, hänger ungefär 620 mil (1000 km) ovanför jordens yta. Aurororna lyser gröngul när joner träffar syrepartiklar i den nedre jonosfären. Rödaktigt ljus blommar ofta längs auroras kanter, och lila och blues visas också på natten himlen, men detta händer sällan.
"Orsaken till aurora är något känd, men det är inte helt löst," sade Toshi Nishimura, en geofysiker vid Boston University. "Till exempel, vad som orsakar en viss typ av aurorafärg, som lila, är fortfarande ett mysterium."
Vem är Steve?
Utöver auroras spelar jonosfären också andra imponerande ljusshower.
Under 2016 såg medborgare forskare ett särskilt iögonfallande fenomen, som forskare kämpade för att förklara, rapporterade systerwebbplatsen Space.com tidigare. Ljusa floder med vitt och rosa ljus strömmade över Kanada, som är längre söderut än de flesta ororor. Ibland gick streck av grönt i blandningen. De mystiska lamporna kallades Steve i hyllning till den animerade filmen "Over the Hedge" och omarbetades senare till "Strong Thermal Emission Velocity Enhancement" - fortfarande STEVE för kort.
"Vi har studerat auroran i hundratals år, och vi kunde inte, och kan fortfarande inte, förklara vad Steve är," sa Gareth Perry, forskare på rymdväder vid New Jersey Institute of Technology. "Det är intressant eftersom dess utsläpp och egenskaper är till skillnad från allt annat vi observerar, åtminstone med optik, i jonosfären."
Enligt en studie från 2019 i tidskriften Geophysical Research Letters kan de gröna strimmorna inom STEVE utvecklas på samma sätt som hur traditionella auroror bildas, eftersom laddade partiklar regnar ner på atmosfären. I STEVE verkar dock ljusets flod glöda när partiklar i jonosfären kolliderar och genererar värme mellan sig.
Kommunikation och navigering
Även om reaktioner i jonosfären målar himlen med lysande nyanser, kan de också störa radiosignaler, störa navigationssystemen och ibland orsaka utbredd strömavbrott.
Jonosfären återspeglar radiosändningar under 10 megahertz, vilket gör det möjligt för militären, flygbolagen och forskarna att länka radar och kommunikationssystem över långa avstånd. Dessa system fungerar bäst när jonosfären är slät, som en spegel, men de kan störas av oregelbundenheter i plasma. GPS-överföringar passerar genom jonosfären och har därför samma sårbarheter.
"Under stora geomagnetiska stormar eller händelser i rymdväder kan strömmar [i jonosfären] inducera andra strömmar i marken, elektriska nät, rörledningar etc. och orsaka förödelse," sade Perry. En sådan solstorm orsakade den berömda Quebec-mörkläggningen 1989. "Trettio år senare är våra elektriska system fortfarande sårbara för sådana händelser."
Forskare studerar jonosfären med hjälp av radarer, kameror, satellitbundna instrument och datormodeller för att bättre förstå regionens fysiska och kemiska dynamik. Beväpnad med denna kunskap hoppas de bättre kunna förutsäga störningar i jonosfären och förhindra problem som kan orsaka på marken nedan.
Ytterligare resurser:
- Kolla in ett bildspel med fantastiska auroror från National Geographic.
- Lär dig hur GPS fungerar med Smithsonian National Air and Space Museum.
- Se en animation av jordens magnetfält i aktion från Nova och Khan Academy.