שכבה צפופה של מולקולות וחלקיקים טעונים חשמלית, המכונה היונוספרה, תלויה באטמוספירה העליונה של כדור הארץ, מתחילה בגובה של כ -35 מיילים (60 ק"מ) מעל פני כדור הארץ ומתפרשת על פני 620 מיילים (1,000 ק"מ). קרינת השמש המגיעה מלמעלה מזננת חלקיקי תלייה בשכבה האטמוספרית. אותות רדיו מלמטה מקפצים מהיונוספרה בחזרה למכשירים בשטח. איפה שהיונוספרה חופפת לשדות מגנטיים, השמיים מתפרצים בתצוגות אור מברקות שלא יאומן לראות.
איפה היונוספרה?
מספר שכבות מובחנות מהוות את האטמוספרה של כדור הארץ, כולל מזוספרה, שמתחילה 50 מיילים (50 ק"מ), והתרמוספירה, שמתחילה בגובה של 85 מיילים (85 ק"מ). היונוספרה מורכבת משלושה קטעים בתוך המזוספרה והתרמוספירה, שכותרתם שכבות D, E ו- F, על פי מרכז UCAR לחינוך מדעי.
קרינה אולטרה סגולה קיצונית וצילומי רנטגן מהשמש מפציצים את האזורים העליונים האלה באטמוספירה, מכים את האטומים והמולקולות המוחזקות בתוך אותם שכבות. הקרינה העוצמתית מנתקת את האלקטרונים הטעונים באופן שלילי מהחלקיקים, ומשנה את המטען החשמלי של אותם חלקיקים. הענן שהתקבל בעקבות האלקטרונים החופשיים והחלקיקים הטעונים, המכונים יונים, הוביל לשם "יונוספרה". הגז המיונן, או הפלזמה, מתערבב עם האטמוספירה הצפופה והניטרלית.
ריכוז היונים ביונוספרה משתנה עם כמות קרינת השמש הנושאת על כדור הארץ. היונוספרה צומחת בצפיפות עם חלקיקים טעונים במהלך היום, אך צפיפות זו שוככת בלילה כאשר חלקיקים טעונים מתחברים מחדש עם אלקטרונים עקורים. על פי נתוני NASA, שכבות שלמות של היונוספרה מופיעות ונעלמות במהלך מחזור יומי זה. קרינת השמש משתנה גם היא לאורך 11 שנים, כלומר השמש עשויה להכניס פחות או יותר קרינה תלוי בשנה.
התלקחויות סולריות פיצוציות ומשבי רוח סולאריים מעוררים שינויים פתאומיים ביונוספרה, ומצטרפים לרוחות בגובה רב ובמערכות מזג אוויר קשות המתבשלות על כדור הארץ שמתחת.
להאיר את השמיים
פני השמש החמים והחרוכים גוררים זרמים של חלקיקים טעונים ביותר, ונחלים אלה ידועים כרוח שמש. על פי מרכז טיסת החלל במרשל של נאס"א, רוח סולארית עפה בחלל במהירות של 40 ק"מ לשנייה. כשהגיעו לשדה המגנטי של כדור הארץ וליונוספרה שמתחתיו, הרוחות השמש הציגו תגובה כימית צבעונית בשמי הלילה המכונה אורורה.
כאשר רוחות השמש שוטפות על פני כדור הארץ, כוכב הלכת נשאר מוגן מאחורי השדה המגנטי שלו, המכונה גם המגנטוספירה. הנוצר על ידי נגיף ברזל מותך בגרעין כדור הארץ, המגנטוספירה שולחת קרינת שמש מירוץ לכיוון אחד הקוטבים. שם, החלקיקים הטעונים מתנגשים בכימיקלים המסתחררים ביונוספרה, ויוצרים את האוראורות הכובשות.
מדענים גילו כי השדה המגנטי של השמש מכווץ את החלש בכדור הארץ, ומעביר את האורילות לעבר הצד הלילי של כדור הארץ, כפי שפורסם על ידי מכניקה פופולרית.
על פי נשיונל ג'יאוגרפיק, סמוך לחוגי הארקטי והאנטארקטיקה. וילונות האור הצבעוניים, המכונים אורורה בוריאליס ואורורה אוסטרליס, בהתאמה, תלויים כ- 1,000 מיילים מעל פני כדור הארץ. האוראור זוהר בירוק-צהוב כאשר יונים פוגעים בחלקיקי חמצן ביונוספרה התחתונה. אור אדמדם פורח לרוב בשולי האורורה, וסגולים וכחולים מופיעים גם בשמי הלילה, אם כי זה קורה לעיתים רחוקות.
טושי נישימורה, גיאופיזיקאי מאוניברסיטת בוסטון, אמר "הסיבה לאאורורה ידועה במקצת, אך היא לא נפתרה לחלוטין." "למשל, מה שגורם לסוג מסוים של אורורה, כמו סגול, זה עדיין תעלומה."
מיהו סטיב?
מעבר לאאורורות, היונוספרה משחקת גם מארח להצגות אור מרשימות אחרות.
בשנת 2016, מדעני אזרחים הבחינו בתופעות מושכות עין במיוחד, שהמדענים נאבקו להסביר, כך דיווח בעבר אחות אתר Live Science Space.com. נהרות בהירים של אור לבן ורדרד זרמו מעל קנדה, הנמצאת דרומית יותר מרוב הופעות האוראור. מדי פעם הצטרפו מקפים של ירוק לתערובת. האורות המסתוריים נקראו סטיב בהוקרה לסרט האנימציה "Over the Hedge", ובהמשך מיתוגו מחדש כ"הגברת מהירות פליטה תרמית חזקה "- עדיין STEVE בקיצור.
גארת פרי, מדען מזג האוויר בחלל במכון הטכנולוגי של ניו ג'רזי, אמר: "אנו חוקרים את האוראורה במשך מאות שנים, ואנחנו עדיין לא יכולנו, ועדיין לא יכולנו להסביר מה זה סטיב." "זה מעניין מכיוון שפליטותיו ותכונותיו אינם דומים לשום דבר אחר שאנו צופים בו, לפחות באופטיקה, ביונוספרה."
על פי מחקר שפורסם בכתב העת Geophysical Research Letters ב –2019, הפסים הירוקים בתוך STEVE עשויים להתפתח באופן דומה לאופן היווצרות האוראורות המסורתיות, כאשר חלקיקים טעונים יורדים על האווירה. בסטיב, לעומת זאת, נראה כי נהר האור זוהר כאשר חלקיקים בתוך היונוספרה מתנגשים ומייצרים חום בינם לבין עצמם.
תקשורת וניווט
אף שהתגובות ביונוספרה מציירות את השמיים בגוונים מבריקים, הן גם יכולות לשבש אותות רדיו, להפריע למערכות ניווט ולעיתים לגרום להפסקות חשמל רחבות.
היונוספרה משקפת שידורי רדיו מתחת ל -10 מגה-הרץ, ומאפשרת לצבא, חברות תעופה ומדענים לחבר בין מכ"ם ותקשורת לאורך מרחקים ארוכים. מערכות אלו פועלות בצורה הטובה ביותר כאשר היונוספרה חלקה, כמו מראה, אך ניתן להפריע להן על ידי אי סדרים בפלזמה. שידורי GPS עוברים דרך היונוספרה ולכן הם נושאים את אותן נקודות תורפה.
פרי אמר כי "במהלך סערות גאומגנטיות גדולות, או אירועי מזג אוויר בחלל, זרמים יכולים לגרום לזרמים אחרים באדמה, רשתות חשמל, צינורות וכו 'ולעורר הרס". סערה סולארית אחת כזו גרמה להאפילה המפורסמת של קוויבק בשנת 1989. "שלושים שנה לאחר מכן, מערכות החשמל שלנו עדיין פגיעות לאירועים כאלה."
מדענים חוקרים את היונוספרה באמצעות מכ"מים, מצלמות, מכשירים קשורים לווינים ומודלים ממוחשבים כדי להבין טוב יותר את הדינמיקה הפיזית והכימית של האזור. חמושים בידע זה, הם מקווים לחזות טוב יותר שיבושים ביונוספרה ולמנוע בעיות שעלולות לגרום בשטח מתחת.
