De regen van elektronen die over de magnetosfeer van de aarde stuitert, algemeen bekend als het noorderlicht, is voor het eerst rechtstreeks waargenomen door een internationaal team van wetenschappers. Hoewel de oorzaak van deze kleurrijke aurora's al lang wordt verondersteld, tot nu toe hadden onderzoekers het onderliggende mechanisme nooit direct waargenomen. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuur .

Het spektakel van het noorderlicht is een fantastische show die algemeen wordt beschouwd als een van de grote natuurlijke wonderen van de wereld. Onder een verscheidenheid aan aurora's, pulserende poollichtvlekken die bij zonsopgang verschijnen, komen vaak voor, maar de fysieke mechanismen die deze poollichtpulsatie aandrijven, werden nooit geverifieerd door observatie.

Met een nieuwe satelliet met geavanceerde meetinstrumenten, onderzoekers hebben nu vastgesteld dat dit fenomeen wordt veroorzaakt door de moeilijk te detecteren interactie tussen elektronen en plasmagolven. Deze interactie vindt plaats in de magnetosfeer van de aarde, het gebied rond de aarde waarin het gedrag van de elektrische deeltjes meestal wordt bepaald door het magnetische veld van de planeet.

"Aurorale substormen worden veroorzaakt door wereldwijde herconfiguratie in de magnetosfeer, waarbij opgeslagen zonnewindenergie vrijkomt, " schrijft Satoshi Kasahara, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Tokyo in Japan, de hoofdauteur van het artikel. "Ze worden gekenmerkt door een helderder poollicht van de schemering tot middernacht, gevolgd door gewelddadige bewegingen van verschillende poolbogen die uiteindelijk uiteenvallen, en verschijnen als diffuus, pulserende poollichtvlekken bij zonsopgang."

De globale herconfiguratie drijft vaak een specifiek type plasmagolf aan, chorusgolven genaamd, om elektronen in de bovenste atmosfeer te regenen. Dit stabiliseert het systeem, en geeft een kleurrijk licht af als de elektronen vallen. Echter, wetenschappers hebben zich afgevraagd of de refreingolven krachtig genoeg waren om elektronen op te wekken in de mate van het creëren van aurora's.

"Voor de eerste keer, we hebben direct de verstrooiing van elektronen waargenomen door refreingolven die deeltjesprecipitatie in de atmosfeer van de aarde genereren, " zegt Kasahara. "De neerslaande elektronenstroom was voldoende intens om pulserende aurora te genereren."

Wetenschappers konden dit directe bewijs van elektronenverstrooiing niet eerder zien omdat typische elektronensensoren de neerslaande elektronen niet van andere kunnen onderscheiden. Kasahara en zijn team ontwierpen een gespecialiseerde elektronensensor die de precieze interacties detecteerde van aurora-elektronen aangedreven door koorgolven. De sensor was aan boord van de Exploration of Energization and Radiation in Geospace (ERG) satelliet, ook bekend als het Arase-ruimtevaartuig, gelanceerd door het Japan Aerospace Exploration Agency.

De wetenschappers zijn van plan om deze onderzoekslijn verder te zetten. "Door de gegevens die door het ERG-ruimtevaartuig zijn verzameld uitgebreider te analyseren, we zullen de variabiliteit en verdere details van plasmafysica en resulterende atmosferische verschijnselen onthullen, zoals aurora's, ' zegt Kashara.