Mapování polární záře napříč Severní Amerikou

Nádherné polární záře, pozorované napříč Severní Amerikou, někdy i na překvapivě nízkých zeměpisných šířkách, poskytují důkaz o sluneční aktivitě na noční obloze. Tyto události však zahrnují více než jen známé světelné show: když se objeví polární záře, dochází ve sluneční ionosféře k nárůstu ionizace a celkového elektronového obsahu (TEC) v důsledku energetických elektronů a iontů, které se srážejí s ionosférou.

Jednou z extrémních událostí polární záře na začátku letošního roku (10. – 11. května) byla geomagnetická „superbouře“ Gannon, pojmenovaná na počest výzkumnice Jennifer Gannon, která náhle zemřela 2. května. Během bouře Gannon pozorovali jak vědci z observatoře MIT Haystack, tak i občanští vědci z celých Spojených států účinky této události na zemskou ionosféru, jak je podrobně popsáno v článku s otevřeným přístupem „Zobrazování extrémní polární záře z května 2024 pomocí celkového elektronového obsahu ionosféry“, který byl publikován 14. října v časopise Geophysical Research Letters. Mezi přispívajícími občanskými vědci je i spoluautor Daniel Bush, který zaznamenal a streamoval celou událost polární záře ze své amatérské observatoře v Albany, Missouri, a zapojil mnoho dalších občanských pozorovatelů zrekrutovaných prostřednictvím sociálních médií.

Občanská věda neboli komunitní věda zahrnuje členy široké veřejnosti, kteří dobrovolně věnují svůj čas k příspěvku, často na významné úrovni, k vědeckému výzkumu, včetně pozorování, sběru dat, vývoje technologií a interpretace výsledků a analýzy. Profesionální vědci nejsou jediní, kdo provádějí výzkum. Spolupráce občanských vědců nejenže podporuje silnější vědecké výsledky, ale také zlepšuje transparentnost vědecké práce v otázkách důležitých pro celou populaci a zvyšuje zapojení v oblasti STEM u mnoha skupin lidí, kteří nejsou profesionálními vědci v těchto oborech.

Haystack shromáždil data pro tuto studii z husté sítě přijímačů GNSS (Globální navigační satelitní systém, včetně systémů jako GPS) napříč Spojenými státy, které monitorují změny v variacích ionosférického TEC v časovém měřítku kratším než minuta. V této studii John Foster a jeho kolegové mapovali účinky polární záře během bouře Gannon z hlediska změn TEC a spolupracovali s občanskými vědci na potvrzení rozšíření polární záře pomocí fotografií a video pozorování.

Obě pozorování TEC a procedurální začlenění synchronních snímků od občanských vědců byly průlomové; jedná se o první použití ionosférického TEC produkovaného srážkami k mapování výskytu a vývoje silného zobrazení polární záře v kontinentálním měřítku. Hlavní autor Foster říká: „Tato pozorování ověřují techniku mapování TEC pro podrobné studie polární záře a poskytla průlomové detekce silných izolovaných výbuchů ionizace produkované srážkami spojené s rychlým zesílením a rozšiřováním aktivity polární záře.“

Vědci z Haystack také propojili svou práci s pozorováními občanů zveřejněnými na sociálních médiích, aby podpořili měření TEC provedená prostřednictvím sítě přijímačů GNSS. Tato barevná zobrazení a velmi vysoké úrovně TEC vedly k zjištění, že intenzivní červená polární záře byla umístěna společně s přední hranou směrem k rovníku a západně se zvyšujícími se úrovněmi TEC, což naznačuje, že zvýšení TEC bylo vytvořeno intenzivní nízkou energií elektronové srážky po geomagnetické superbouři. Tato bouře byla výjimečně silná, s aktivitou polární záře soustředěnou relativně vzácně ve středních šířkách. Bezprostřední příčinou poruch polární záře a ionosféry byly procesy v magnetosphéře během bouře. Ty byly zase řízeny předchozím výronem koronální hmoty ze Slunce a interakcí silně porušeného slunečního větru s vnější magnetospérou Země. Ionosférická pozorování uvedená v tomto článku jsou součástí tohoto globálního systému interakcí a jejich vlastnosti lze použít k lepšímu porozumění našeho spojeného atmosférického systému.

Spoluautor a amatérský astronom Daniel Bush říká: „Není neobvyklé, že ‚občané vědci‘, jako jsem já, přispívají k významnému vědeckému výzkumu poskytováním pozorování přírodních jevů viděných na obloze nad Zemí. Astronomie a geoprostorové vědy jsou pár vědeckých disciplín, ve kterých mohou amatéři, jako jsem já, stále značně přispívat, aniž by museli opustit své dvorky. Jsem tak hrdý, že se ukázalo, že některé z mých prací mají hodnotu pro formální studii.“ Navzdory jeho skromnému tónu při diskusi o jeho příspěvcích byla jeho práce nezbytná pro dosažení vědeckých závěrů studie výzkumníků z Haystacku.

Znalost tohoto komplexního systému je více než jen intelektuální studium; struktura TEC a ionosférická aktivita jsou závažným problémem kosmického počasí pro satelitní komunikační a navigační systémy. Ostré gradienty TEC a variabilita pozorovaná v této studii jsou obzvláště významné, když se vyskytují ve vysoce osídlených středních šířkách, jak bylo vidět napříč Spojenými státy během superbouře v květnu 2024 a dalších nedávných událostech polární záře.