Voor vele jaren, wetenschappers gingen ervan uit dat het noorderlicht rond de noordpool identiek was aan het noorderlicht rond de zuidpool. De polen zijn verbonden door magnetische veldlijnen en poollicht wordt veroorzaakt door geladen deeltjes die langs deze veldlijnen stromen. Omdat de geladen deeltjes deze veldlijnen volgen, het zou logisch zijn dat de aurora's spiegelbeelden van elkaar zouden zijn.

Echter, in 2009, wetenschappers ontdekten dat aurora er anders uit kan zien rond de noordpool en de zuidpool, inclusief het hebben van verschillende vormen en voorkomen op verschillende locaties - een fenomeen dat asymmetrie wordt genoemd.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Ruimtefysica, een publicatie van de American Geophysical Union, legt uit hoe deze asymmetrie tot stand komt en de verschillen in poollichtweergaven nabij de polen van de aarde veroorzaakt. Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat de verschillen in aurora waarschijnlijk worden veroorzaakt door het samenknijpen van de magnetotail van de aarde - een magnetische staart die zich van onze planeet af uitstrekt - door de zonnewind en het magnetische veld van de zon.

Wanneer het magnetische veld van de zon dat bij de aarde aankomt in oost-west richting wijst, het interageert anders met het aardmagnetisch veld in het noorden en in het zuiden. Dit leidt tot asymmetrische drukbelasting op het aardmagnetisch veld en introduceert een kanteling van het aardmagnetisch veld aan de nachtzijde van de aarde. De kanteling verklaart waarom poollicht soms verschillende vormen kan hebben en op verschillende locaties in de twee poolgebieden kan voorkomen.

De nieuwe bevinding is in tegenspraak met eerdere theorieën over asymmetrie, wat suggereerde dat het werd veroorzaakt door het uit elkaar trekken en opnieuw verbinden van magnetische veldlijnen in de magnetische staart van de aarde, een proces dat staartherverbinding wordt genoemd. De nieuwe studie vindt dat, in feite, staart herverbinding vermindert deze asymmetrie.

"De reden dat dit opwindend is, is dat we eerder hebben gedacht dat de asymmetrie in het systeem de magnetosfeer binnenkomt door een mechanisme dat staartherverbinding wordt genoemd, " zei Anders Ohma, een doctoraat kandidaat aan de Universiteit van Bergen in Noorwegen, en hoofdauteur van de nieuwe studie. "Wat dit artikel laat zien, is dat het mogelijk is dat het eigenlijk het tegenovergestelde is:deze herverbinding in de magnetotail vermindert in feite de asymmetrie."

Het nieuwe onderzoek verklaart niet alleen waarom het noorderlicht en het zuiderlicht er anders uitzien aan de nachtelijke hemel, maar het helpt wetenschappers ook om de interacties tussen de aarde en de zon beter te begrijpen. Deze kennis is belangrijk voor het nauwkeurig voorspellen van de locatie en timing van ruimteweergebeurtenissen, die schade kunnen toebrengen aan onze elektriciteitsnetwerken, satellieten en astronauten in de ruimte.

Een gerelateerd artikel in het tijdschrift Annales Geophysicae beschrijft de asymmetrie die werd gezien tijdens een geomagnetische storm in augustus 2001, en toont het belang aan van geo-ruimte, of de interacties tussen de zon en de aarde, als een asymmetrisch systeem.

"Zonder deze asymmetrieën mee te nemen, zal ons begrip van het zon-aarde-systeem verre van compleet zijn en zullen modellen niet in staat zijn om de locatie en timing van geo-ruimtelijke verschijnselen nauwkeurig te voorspellen, " zei Nikolai Østgaard, professor en hoofd van het Birkeland Center for Space Science aan de Universiteit van Bergen in Noorwegen, en hoofdauteur van de studie in Annales Geophysicae .

Aurora genereren

De kern van de aarde genereert een magnetisch veld dat zich uitstrekt tot in de ruimte rond onze planeet, het vormen van een magnetisch schild, de magnetosfeer genaamd, dat de aarde beschermt tegen geladen deeltjes die van de zon komen. De zon zendt zijn eigen magnetische veld uit, interplanetair magnetisch veld genoemd, of IMF, dat wordt gedragen door de zonnewind en interageert met het magnetische veld van de aarde.

Tijdens bepaalde omstandigheden, aan de dagzijde van de aarde, de interplanetaire magnetische veldlijnen van de zon en de magnetische veldlijnen van de aarde kunnen uit elkaar worden gescheurd en kruisen, het aardmagnetisch veld verbindt met het IMF. De zonnewind die van de zon stroomt, verplaatst deze gekruiste veldlijnen naar de nachtzijde van de aarde en strekt deze uit tot een staart - de magnetotail genaamd - die zich van de aarde af uitstrekt.

Eventueel, deze gekruiste veldlijnen worden uit elkaar getrokken en de aardse veldlijnen komen weer samen met aardse veldlijnen, en de IMF-veldlijnen komen weer samen met IMF-veldlijnen. Zodra de veldlijnen zijn gesloten, ze springen terug naar de aarde, deeltjes in de buurt versnellen en poollicht in de bovenste atmosfeer van de aarde veroorzaken.

Omdat deze veldlijnen mogelijk niet de oorspronkelijk met elkaar verbonden veldlijnen zijn, wetenschappers dachten dat deze nieuwe veldlijnen mogelijk niet symmetrisch zijn uitgelijnd, en zou op verschillende locaties op het noordelijk en zuidelijk halfrond kunnen worden verwrongen en terug met de aarde verbonden. Ze dachten dat het deze staartherverbinding was die de verschillen in aurora op het noordelijk en zuidelijk halfrond veroorzaakte.

Maar, het nieuwe onderzoek toont aan dat dit niet het geval is. De nieuwe studie onderzocht meerdere afbeeldingen van asymmetrische aurora op het noordelijk en zuidelijk halfrond tegelijkertijd en hoe deze aurora's in de loop van de tijd evolueerden, zodat ze hetzelfde fenomeen keer op keer konden zien gebeuren. Daarna brachten ze het in verband met activiteit in de magnetotail.

De nieuwe studie toont aan dat poolasymmetrie wordt verminderd naarmate de herverbinding van de staart vordert. Verder, de asymmetrie blijft bestaan, zelfs als er weinig tot geen herverbinding optreedt. Dus, de nieuwe studie laat zien, staart herverbinding is niet verantwoordelijk voor de asymmetrie.

In plaats daarvan, het nieuwe onderzoek vindt dat het de verschillen in druk zijn die op de magnetotail worden uitgeoefend die deze poollichtverschillen veroorzaken. De magnetotail wordt constant samengedrukt door de zonnewind en het IMF, en het is dit niet-uniforme knijpen vanuit verschillende richtingen dat de verschillen in poollichtweergaven aan de twee polen veroorzaakt. Het knijpen is afhankelijk van de oriëntatie van het IMF.

"Deze studie verklaart zowel hoe asymmetrieën worden gecreëerd als hoe deze worden verwijderd en het is precies het tegenovergestelde van wat ik en veel onderzoekers hebben gedacht, " zei Mike Liemohn, hoofdredacteur van JGR-ruimtefysica . "Daarom, dit resultaat is nogal groot."