College van de maand. Een nieuw noorderlicht: Maak kennis met STEVE

‘Een magisch, paars, hemel-verlichtend lint’ Zo omschreef een amateurgroep Canadese ‘Noorderlichtjagers’ het fenomeen wat zich in de nacht van 25 op 26 juni 2008 aan de hemel voordeed. Ze wisten niet wat het was, maar eending wisten ze wel. Dit was iets wat nog niet eerder was gezien en zeker niet het normale noorderlicht. Onder begeleiding van hun groepsleider stapten de groep met de foto’s naar NASA. De waarneming van dit nieuwe, mysterieuze fenomeen opende deuren naar een nieuw onderzoek. Wat houdt deze nog nooit eerder waargenomen variant van het noorderlicht in? Waar komt het vandaan? ‘I’m not trying to be funny, but the sky is the limit in this case’ sprak Professor Donovan van de University of Calgary toen hij met zijn collega’s begon aan het onderzoek naar het mysterieuze paarse lint, wat inmiddels de name ‘STEVE’ had gekregen. 

Het noorderlicht, wat is dat precies?
Ondanks zijn prachtige verschijning, is het noorderlicht vandaag de dag niet meer zo mysterieus. Wetenschappers hebben een goed beeld van wat er gebeurt tijdens het noorderlicht, welke processen er een rol spelen en kunnen zelfs voorspellingen maken. Simpel gezegd kan het noorderlicht worden verklaard aan de hand van elektrisch geladen deeltjes (elektronen en ionen) afkomstig van de zon die met hoge snelheid en energie onze atmosfeer binnendringen. Wanneer een zwerm geladen deeltjes in de buurt van de aarde komt, zal deze worden ingevangen door het aardmagnetisch veld. Door deze aantrekking zullen de deeltjes zich voornamelijk naar de polen toe bewegen, waar deze in onze atmosfeer botsen met zuurstof- en stikstofmoleculen. Door de botsing raken deze zuurstof- en stikstofmoleculen in een hogere staat van energie, wat inhoud dat ze een deel van de energie van de geladen deeltjes overnemen. Hierna zullen de moleculen deze energie weer ‘loslaten’ en zal straling van een bepaalde golflengte worden uitgezonden. Deze straling kunnen wij in de noordelijke en zuidelijke hemel waarnemen als een vaak groen/rood, bewegend licht. 

Wat maakt STEVE anders?
Naast de andere kleur en vorm die STEVE heeft vergeleken met het noorderlicht (een paars lint versus een groen/rood bewegend gordijn), zijn ook zijn fysische eigenschappen anders. Sinds het ontdekken van STEVE is er een grote hoeveelheid aan data verzameld met behulp van satellieten en camera’s. Het verzamelen van gegevens is pas sinds korte tijd mogelijk, omdat voorheen de apparatuur nog te onderontwikkeld was om STEVE te kunnen waarnemen. Met de nieuwe satellieten en camera’s hebben wetenschappers nu ontdekt dat de snelheid van de geladen deeltjes die STEVE veroorzaken vele malen hoger is dan die van het noorderlicht. Namelijk wel 6 kilometer per seconde. Ook kan de temperatuur oplopen tot 6000 graden, wat vergelijkbaar is met de temperaturen in het binnenste van de aarde. STEVE kan, in tegenstelling tot het noorderlicht, ook dichter bij de evenaar worden waargenomen en de zwerm deeltjes beweegt zich voornamelijk oost-west. Dit is loodrecht op de algemene beweging van het noorderlicht, waar de deeltjes zich noord-zuid bewegen. Het feit dat STEVE vaak gepaard gaat met het noorderlicht maar zich wel anders gedraagt, is een sterke aanwijzing dat het wel degelijk te maken heeft met andere, onbekende fysische processen in de atmosfeer.

Hoe kan Steve verklaard worden?
De snelle stroom van geladen deeltjes lijkt sterk overeen te komen met de stroom van deeltjes die onderzoekers kennen als ‘SAID’- Sub Auroral Ion Drift. Dit is een zeer snelle, hete en smalle stroom van ionen en geladen deeltjes die zich kortstondig voordoet op lagere breedtegraden. De zwerm deeltjes van een SAID kunnen – net als bij STEVE- een vrij hoge temperatuur en snelheid behalen en beweegt zich in oost-westelijke richting. Tot nu toe gingen wetenschappers er echter vanuit dat een SAID geen waarneembare, visuele aspecten had en niet per definitie aan het noorderlicht gekoppeld kon worden. Het zou kunnen zijn dat door de ontwikkeling van betere camera’s en satellieten met een hogere sensitiviteit en resolutie een SAID nu wel waargenomen kan worden en dat STEVE dus eigenlijk een zichtbare SAID is. Net als het noorderlicht hangt het voorkomen van een SAID nauw samen met de zonneactiviteit. Wanneer de zon een hogere activiteit laat zien en vervolgens meer geladen deeltjes uitstoot, doet zich vaker een SAID voor. Tot nu toe lijkt dit de meest waarschijnlijke verklaring. Het verder bestuderen van STEVE zou op deze manier kunnen bijdragen aan meer kennis over de ingewikkelde, fysische processen die zich in de atmosfeer voordoen. 

Afsluitend feitje over STEVE
STEVE is vernoemd naar een mysterieuze verschijning in een van de scenes van de animatiefilm ‘Over the Hedge’. De fotograaf die STEVE ontdekte, is namelijk een grote fan van de film zodat hij de naam wel gepast vond voor het nieuwe fenomeen. Hieronder vindt u de link naar de scene: Youtube (Scene STEVE)

Bronnen:

• MacDonald Et. All (2018): ‘New science in plain sight: Citizen scientists lead to the discovery of optical structure in the upper atmosphere’ 18/03/2018, Science Advances Vol. 4 No. 3
• J. Fortin, ‘Steve, a Famous Northern Light, Stays Mysterious (and Keeps His Name) 15/03/2018 NYtimes.com/science 
• K. Patel, ‘Mystery of Purple Lights in Sky Solved With Help From Citizen Scientists’ 14/03/2018 Nasa.gov