När mystiska glödande gröna ränder tänkte upp finska himmel 2018, blev det inte obemärkt av ivrig aurora chasers. Ljusmönstret var obekant och konstigt perfekt och sträckte sig ut mot horisonten som en uppsättning himmel sanddyner.
Visst nog så visade ljusshowen som medborgarnas forskare kallas "sanddynerna" vara en ny typ av aurora. Denna aurora bildas av den dramatiska dansen av gravitationvågor och syreatomer, enligt nya fynd publicerade idag (29 januari) i tidskriften AGU Advances.
Vägen till upptäckten började för många år sedan när en grupp auroraentusiaster skickade e-post till Minna Palmroth, professor i beräknande rymdfysik vid Helsingfors universitet och bad henne gå med i deras Facebook-grupp. Målet? Låt Palmroth förklara fysiken bakom aurororna de fotograferade.
Palmroth var glad att göra det. Efter ett tag insåg hon att hennes svar blev repetitiva - så hon fortsatte att publicera en aurora guidebok. Men i oktober 2018 kom aurora chasers tillbaka till henne med bilder av en förbryllande aurora.
"Då insåg jag att åh nej ... Jag har inte sett dem förut," berättade Palmroth till Live Science. Vid första blicken såg dessa ränder ut som resultat av gravitationvågor eller täthetsstörningar i den övre atmosfären. Den övre atmosfären är streckad med många olika tyngdkraftsvågor som löper i olika riktningar och har olika frekvenser och storlekar. Men den förklaringen verkade inte möjlig, eftersom vågorna var så jämnt spridda.
Så Palmroth och hennes team organiserade en kampanj för kvällen den 7 oktober för att samla forskare och medborgare i hela Finland för att fotografera sanddynerna. Genom att analysera dessa fotografier började teamet förstå fysiken bakom fenomenet.
Detta är inte första gången aurora chasers har identifierat ett nytt himmelsfenomen; medborgare forskare upptäckte också himlen glöd kärleksfullt kallade STEVE 2018.
"Samarbete med medborgare forskare blir allt viktigare eftersom de kan bli" mobila sensorer "som jagar intressant aurora lätt och fånga nya funktioner som forskare inte märkte förut," sade Toshi Nishimura, en forskarlektor i elektroteknik och datateknik vid Boston Universitetets Center for Space Physics, som inte ingick i studien.
Osynliga tyngdkraftsvågor
Auroras resultat när solen kastar laddade partiklar mot vår planet. Dessa partiklar färdas längs magnetfältlinjerna på vår planet poler och smälter in i atomerna och molekylerna i vår atmosfär, vilket får dessa molekyler att avge ljus. Dessa fantastiska ljusshower kan komma i många olika former och färger; syre lyser i grönt och rött medan kväve glöder i blått och lila, enligt NASA. Astronomer använder också formen av auroror för att lära sig vad som händer i den övre atmosfären där de bildas.
Medan de flesta auroror sträcker sig vertikalt, sträcker sig sanddynerna ut mot ekvatorn horisontellt i böljande vågor. Ingen hade observerat en sådan vågliknande struktur i en aurora tidigare, sade Palmroth.
Forskarna teoretiserar att sanddynerna lyser upp en typ av sällsynta atmosfäriska tyngdkraftsvågor som kallas mesosfäriska borrningar. Dessa mesosfäriska borrningar inträffar när en tyngdkraftsvåg som stiger upp i atmosfären blir böjd och inklämd mellan två relativt kallare lager av atmosfären - inversionsskiktet, 80,7 mil (80 kilometer) högt, och mesopausen, 100 km (100 km) hög .
I denna kanal sprider vågorna horisontellt och över långa avstånd utan att avta, vilket skapar växelvisa veck som antingen är berikade med syre eller utarmat syre. När elektronerna från solen strömmar in tänds veck med högre syrehalter mer än de platser som saknar syre, vilket skapar de karakteristiska ränderna.
"Detta är en mycket intressant observation," sade Steven Miller, biträdande direktör för Cooperative Institute for Research in the Atmosphere vid Colorado State University, som inte ingick i studien. "Min första reaktion när jag såg bilderna var att det kan vara atmosfäriska tyngdkraftsvågor som" lyfts fram "av den aurorala aktiviteten - det verkar som om detta är hypotesen från författarna också."
Mesosfäriska borrningar kan redogöra för mönstren som ses i sanddynerna, men "jag antar att" sanddyner "i själva verket är en delmängd av ett mycket mer utbrett område av atmosfäriska tyngdkraftsvågor som råkar lyfts fram av auroran," berättade Miller för Live Science.
Genom att använda stjärnor på fotona som referenspunkter kunde teamet beräkna höjden på sanddynerna till att vara cirka 100 mil hög, vilket är typiskt för ororor. Men denna dåligt studerade atmosfärregion är för hög för att mäta med radar och ballonger, och för låg för att skicka rymdskepp utan att de brinner upp. Så det kallas ibland "ignorosphere", sa Palmroth.
"Detta är första gången dessa tyngdkraftsvågor observeras," sade Palmroth. "Generellt sett är borrningarna snarare ett sällsynt fenomen." Men att observera sanddynerna skulle kunna avslöja mer om borrningarna, sa Palmroth.
Till exempel fann forskare att sanddynerna inträffar på samma gång och i samma region där elektromagnetisk energi från rymden överförs till den övre atmosfären, vilket Palmroth misstänker kunde kopplas till skapandet av inversionslagret mesosfäriska borrningar. "Vi vill se om detta verkligen är sant", sa hon.
