Mengapa aurora berwarna-warni di langit desa Arktik?

Tempat Anda berdiri

Mengapa aurora berwarna-warni? Di lembah selebar 700 m ini, Anda melihat cahaya dari tumbukan elektron dengan oksigen dan nitrogen di atmosfer, dengan warna berbeda menurut gas dan ketinggiannya. Foto cahaya utara biasanya memperlihatkan tirai hijau terang di atas bentang alam gelap, sering dengan danau atau fyord yang memantulkannya terbalik. Pameran ini menempatkan Anda di dalam foto itu. Anda berdiri di tepi danau beku di desa kecil Arktik pada malam hari, dengan pondok kayu di belakang, hutan cemara di barat, bukit dengan menara pandang di timur, dan observatorium kecil di seberang danau. Langit di atasnya menghitung aurora dengan angka yang juga digunakan ilmuwan untuk menjelaskannya.

Lembah ini lebarnya sekitar 700 m. Desa berada di teras datar di tengahnya: dua belas pondok berjendela terang, kapel kayu dengan jam, sauna, dan dermaga yang menjorok ke atas es. Danau di utara berupa es hitam dengan timbunan salju. Jalur kereta luncur yang padat melingkari danau dan melewati hutan. Bukit setinggi 34 m memiliki menara 9 m di puncaknya, tempat seluruh langit terlihat sekaligus. Di observatorium ada pondok magnetometer, kamera seluruh langit di bawah kubah kaca, dan papan dengan dua layar yang menampilkan hasil pengukuran.

Anda dapat mengubah keadaan langit. Kekuatan badai (indeks Kp), energi elektron, jam, tanggal, tempat, awan, Bulan, dan rana kamera tersedia dalam pengaturan. Masing-masing mengubah aurora sebagaimana perubahan pada aurora sebenarnya. Panel di kiri panggung menjelaskan sebabnya melalui lintang geomagnetik Anda, posisi tepi oval aurora, ketinggian cahaya hijau dan merah, serta posisi Matahari. Peta kecil di atas panel menunjukkan oval dari atas kutub, dengan tempat Anda ditandai.

Sepuluh detik pertama

Pameran dibuka pada larut malam Februari di lintang Tromsø, Norwegia utara, pada Kp 3+, tepat sebelum tengah malam magnetik. Subbadai sedang mencapai fase pecah: tirai bertambah terang, melipat, dan mengirim berkas ke langit, sementara es danau yang terbuka memantulkannya. Seret untuk mendongak. Cahaya hijau bermula sekitar 100 km di atas Anda. Pada malam cerah seperti ini, terangnya cukup untuk memberi semburat hijau samar pada salju.

Asal cahaya

Aurora adalah cahaya yang dipancarkan udara ketika ditumbuk elektron cepat. Space Weather Prediction Center milik NOAA menjelaskan bahwa elektron dipercepat di ekor medan magnet Bumi pada sisi malam dan lebih dekat ke Bumi sepanjang garis medan aurora. Elektron mengikuti medan menuju atmosfer atas dekat kutub, lalu menumbuk oksigen dan nitrogen. Atom dan molekul menyerap energi tumbukan dan melepaskannya sebagai cahaya, seperti gas dalam lampu neon. Proton juga menghasilkan aurora, tetapi cahayanya samar, menyebar, dan biasanya sulit terlihat.

Garis medan menentukan tempat proses ini terjadi. Di dekat khatulistiwa garis itu melengkung tinggi di atas tanah dan menutup jauh di antariksa; di dekat kutub garisnya menukik curam ke atmosfer. Elektron yang menyalakan aurora turun sepanjang garis medan yang menjulur ke ekor sisi malam. Garis itu bertemu permukaan dalam sabuk di sekeliling setiap kutub magnet. Menurut NOAA, aurora biasanya terbentuk 80 hingga 500 km di atas permukaan Bumi. Tempat terbaik untuk melihatnya berada di bawah sabuk antara lintang sekitar 60° dan 75°, tempat aurora dapat terlihat pada lebih dari separuh malam dalam setahun.

Matahari menyediakan energinya, tetapi tidak secara langsung. Angin surya, aliran renggang partikel bermuatan dari Matahari, menekan medan magnet dan meregangkannya menjadi ekor panjang di sisi malam. Energi menumpuk di sana lalu dilepaskan dalam semburan. Ketika lontaran massa korona, awan plasma besar yang dilemparkan Matahari, menghantam Bumi, medan jauh lebih terganggu. Aurora menjadi lebih terang dan bergerak menuju khatulistiwa.

Mengapa hijau dan merah

Sebagian besar warna berasal dari atom oksigen. Catatan Science On a Sphere milik NOAA menyebut warna paling umum sebagai hijau kekuningan pucat pada panjang gelombang tepat 557,7 nm. Warna umum lainnya adalah merah pada 630,0 nm, juga dari oksigen. Tepi bawah berkas dapat berwarna ungu kebiruan pada 427,8 nm dari ion nitrogen. Halaman aurora NASA memberikan ketinggiannya: hijau sekitar 100 hingga 200 km, merah di atas 200 km, biru dari nitrogen antara 100 dan 200 km, serta merah muda atau ungu kemerahan dari nitrogen di bawah sekitar 100 km.

Mengapa atom yang sama menghasilkan hijau di bawah dan merah di atas? Atom oksigen yang tereksitasi ke keadaan penghasil garis hijau biasanya melepaskan fotonnya dalam sekitar satu detik. Keadaan penghasil garis merah bertahan jauh lebih lama, rata-rata sekitar 110 detik. Di udara renggang di atas 200 km, atom tereksitasi dapat menunggu selama itu tanpa menumbuk apa pun, sehingga cahaya merah sempat keluar. Di bawahnya, tumbukan begitu sering sehingga atom lebih dahulu memberikan energinya kepada tetangga dan cahaya merah tidak pernah muncul. Pemodel emisi 630,0 nm menyebut proses ini pemadaman tumbukan. Akibatnya, ketinggian memilah warna: merah di atas, hijau di tengah, dan emisi nitrogen yang lebih cepat di tepi bawah.

Pameran membangun setiap tirai dari empat lapisan yang mengikuti aturan ini. Dalam shader, setiap sinar pandang ditelusuri ke atas melalui atmosfer Bumi yang melengkung, dari 85 km hingga puncak lapisan merah. Pada setiap ketinggian sinar bertemu pola tirai dan menambahkan cahaya dari lapisan yang terang di sana. Karena itu bagian bawah tirai tampak tajam dan hijau, sedangkan puncaknya memudar menjadi merah.

Warna pada setiap ketinggian

Nyalakan penggaris ketinggian untuk membandingkan aurora dengan benda yang dikenal. Tinggi seseorang 1,7 m. Pesawat penumpang terbang sekitar 11 km. Puncak Everest sedikit di bawah 9 km. Cahaya hijau bermula dekat 100 km, sekitar sembilan kali ketinggian pesawat dan sekitar 59.000 kali tinggi manekin di tepi danau. International Space Station mengorbit sekitar 410 km, dalam rentang ketinggian lapisan merah. Karena itu astronaut sering melihat ke bawah ke cahaya hijau dan ke samping ke cahaya merah.

Penggaris berada setidaknya 450 km dari Anda, searah aurora, agar 100 km dan 400 km muat dalam satu pandangan. Karena permukaan Bumi melengkung menjauh, labelnya tidak tersusun merata. Dari jauh, ketinggian 400 km tampak hanya beberapa kali lebih tinggi di atas cakrawala daripada 100 km.

Energi elektron menentukan ketinggian

Kedalaman yang dicapai elektron bergantung pada energinya. Elektron cepat menembus lebih jauh ke udara yang makin rapat sebelum seluruh energinya habis. Penelitian presipitasi elektron menempatkan puncak ionisasi dekat 110 km untuk elektron 10 keV dan dekat 250 km untuk elektron di bawah 0,1 keV. Elektron sekitar 100 keV mencapai sekitar 80 km. Pameran menggunakan kurva halus melalui nilai semacam ini: 0,1 keV berhenti dekat 235 km, 1 keV dekat 145 km, 3 keV dekat 125 km, 10 keV dekat 110 km, 30 keV dekat 96 km, dan 100 keV dekat 80 km.

Penggeser energi elektron menunjukkan akibatnya. Dengan elektron berenergi rendah, di bawah sekitar 1 keV, cahaya berasal dari tempat tinggi yang memungkinkan garis merah bertahan, sehingga aurora menjadi merah. Dengan elektron berenergi tinggi, 20 keV atau lebih, tirai mencapai bagian di bawah 100 km dan memiliki tepi bawah merah muda dari nitrogen. Kebanyakan tirai terang berasal dari elektron beberapa keV. Di situlah penggeser dimulai.

Oval: cincin, bukan tudung

Orang sering membayangkan aurora sebagai cahaya di atas Kutub Utara. Dari antariksa, bentuknya cincin. NOAA menjelaskan adanya dua oval, masing-masing mengelilingi kutub magnet. Saat tenang, lebar cincin beberapa ratus kilometer dan letaknya jauh dari kutub geografis. Kutub Utara sendiri biasanya berada di dalam cincin, di bawah tudung kutub dengan sedikit aurora. Karena itu tempat terbaik untuk mengamati adalah kota seperti Tromsø, Kiruna, Fairbanks, dan Yellowknife, bukan kutub.

Pusat cincin bukan kutub geografis, melainkan kutub geomagnetik. Model medan Bumi IGRF menempatkannya sekitar 80,8° N, 72,6° W pada 2025, di Arktik Kanada menuju Greenland. Jaraknya sekitar 1000 km dari Kutub Utara. Cincinnya juga tidak simetris: sisi malam menjangkau lebih jauh ke khatulistiwa daripada sisi siang. Satelit awal memotretnya sebagai bentuk hampir lingkaran yang bergeser dari kutub. Pada 1975, Holzworth dan Meng menunjukkan bahwa lingkaran bergeser dengan koreksi kecil menggambarkannya dengan baik.

Peta kecil di panggung menggambar oval yang digunakan pameran, dilihat dari atas kutub, dengan tengah malam magnetik di bawah. Ubah jam dan Bumi berputar di bawah oval yang tetap terhadap Matahari. Naikkan Kp dan cincin membesar.

Mengapa badai mendorong oval ke khatulistiwa

Oval berada di tempat garis medan dari ekor sisi malam mencapai permukaan. Ketika angin surya menekan lebih kuat, terutama jika medan magnet yang dibawanya mengarah ke selatan, lebih banyak medan Bumi terbuka dan terseret ke ekor. Daerah garis medan terbuka di atas setiap kutub, yaitu tudung kutub, membesar, dan oval di sekelilingnya ikut membesar. Dari foto satelit, Holzworth dan Meng menemukan bahwa ukuran oval mengikuti komponen medan angin surya yang mengarah selatan. Dengan citra ultraviolet satelit Polar milik NASA, Carbary menemukan patokan untuk bagian oval yang paling terang: bagian itu bergerak sekitar 1° lintang magnetik ke khatulistiwa untuk setiap kenaikan satu tingkat Kp.

Karena itu badai kuat tidak selalu menguntungkan kota Arktik. Pada Kp 7, tepi oval dalam model turun hingga sekitar 53° saat tengah malam. Tromsø, pada 67,5°, lalu berada di sisi kutub dari aurora paling terang, dan tirai muncul di langit selatan. Tur memperlihatkannya: pandang ke selatan di atas desa.

Kp, angka badai

Indeks Kp mengukur gangguan medan magnet Bumi. Nilainya dihitung setiap tiga jam dari rekaman magnetometer di 13 observatorium pada lintang subaurora, dari 0 hingga 9 dalam kenaikan sepertiga: 0, 0+, 1-, 1, 1+, dan seterusnya hingga 9, seluruhnya 28 tingkat. NOAA memakainya untuk skala badai geomagnetik. Kp 5 adalah badai kecil (G1), Kp 6 sedang (G2), Kp 7 kuat (G3), Kp 8 parah (G4), dan Kp 9 ekstrem (G5). NOAA memperkirakan badai G5 sekitar empat kali dalam siklus 11 tahun.

Tabel yang sama memberikan perkiraan jangkauan aurora. Pada Kp 5, aurora umum terlihat di lintang tinggi, misalnya Michigan utara dan Maine. Pada Kp 6, aurora pernah terlihat hingga New York dan Idaho, biasanya lintang geomagnetik 55°; pada Kp 7 hingga Illinois dan Oregon, biasanya 50°; pada Kp 8 hingga Alabama dan California utara, biasanya 45°; dan pada Kp 9 hingga Florida dan Texas selatan, biasanya 40°.

Penggeser Kp di pameran bergerak dalam kenaikan sepertiga yang sama. Labelnya memakai bentuk resmi, sehingga 3+ berarti tiga dan sepertiga.

Cara model menempatkan oval

Tepi oval dalam pameran berasal dari satu penelitian. Gussenhoven, Hardy, dan Heinemann menggunakan detektor elektron satelit cuaca DMSP F2 dan F4, yang melintasi zona aurora berkali-kali sehari, untuk menentukan batas aurora baur di sisi khatulistiwa. Untuk setiap jam waktu lokal magnetik, mereka mencocokkan garis lurus Λ = Λ0 + α·Kp, dengan Λ sebagai lintang geomagnetik terkoreksi pada tepi. Dekat tengah malam magnetik (00 hingga 01 MLT), persamaannya 66,1° − 1,99° × Kp; pada 11 hingga 12 MLT, dekat tengah hari, 70,1° − 1,25° × Kp. Tepi bergerak sekitar 2° ke khatulistiwa per tingkat Kp pada malam hari, dan lebih sedikit di sisi siang.

Pameran memadukan garis per jam secara halus dan mengisi dua celah tabel (02 hingga 04 MLT dan 13 hingga 15 MLT) dengan garis lurus di antara jam tetangga. Sampel mereka mencapai sekitar Kp 6, jadi garis Kp 7, 8, dan 9 merupakan ekstrapolasi. Tabel di atas menyandingkan model dengan keterangan NOAA. Lintang yang menurut NOAA "biasanya terlihat hingga" berada di antara tepi tepat di atas kepala dan titik terjauh tempat puncak merah baru terlihat di atas cakrawala.

Lebar sabuk terang adalah patokan kami sendiri, bukan hasil pencocokan: sekitar 8° saat tengah malam dalam keadaan tenang, bertambah 0,4° per tingkat Kp, dan sekitar 7° dekat tengah hari. Kecerahan sabuk terbesar sebelum tengah malam dan terkecil sekitar tengah hari. Prakiraan aurora 30 menit NOAA sendiri menggunakan model berbeda, OVATION Prime, yang digerakkan pengukuran angin surya, bukan Kp.

Lintang geomagnetik Anda

Karena oval berpusat pada kutub geomagnetik, lintang geografis bukan panduan yang baik. Tromsø, pada 69,7° N, memiliki lintang geomagnetik sekitar 67,5°. Fairbanks, pada 64,8° N, sekitar 65,6°, karena Alaska berada di sisi tempat kutub geomagnetik condong. Seoul, pada 37,6° N, hanya sekitar 28,9°, karena Asia Timur berada di sisi seberang. Kota di Eropa atau Amerika Utara pada lintang geografis sama dengan Seoul memiliki peluang lebih baik.

Buka Saya, lalu pilih kota, gunakan lokasi Anda, atau ketik lintang dan bujur. Pameran menghitung lintang geomagnetik dari dipol IGRF dan memberi dua nilai Kp: saat tepi oval tepat di atas kepala pada tengah malam magnetik, dan saat sebagian cahaya merah dari puncak aurora dapat melewati cakrawala. Daftar Kota dalam buku aurora melakukan hal sama untuk 40 tempat, dari Tromsø dan Longyearbyen hingga Singapore. Tidak ada yang Anda ketik dikirim keluar perangkat.

Melihat aurora dari jauh

Anda tidak harus berada di bawah oval untuk melihatnya. Cahaya tirai setinggi 100 km terlihat dari jauh, rendah di cakrawala, seperti pegunungan yang terlihat dari kejauhan. Kelengkungan Bumi memberi batas. Untuk cahaya pada ketinggian h, titik terjauh di permukaan tempat cahaya baru menyentuh cakrawala berjarak sudut θ sepanjang permukaan Bumi, dengan cos θ = R / (R + h), dan R adalah jari-jari Bumi, 6371 km. Untuk 110 km hasilnya sekitar 10,6° lintang, kira-kira 1200 km. Untuk 400 km hasilnya sekitar 19,8°.

Karena itu puncak merah penting bagi orang yang jauh dari oval. Dalam badai besar, oval bergerak menuju khatulistiwa dan lapisan merah menjangkau lebih tinggi, hingga 475 km dalam model pada Kp 9. Dari kota berjarak 20°, tirai hijau berada di bawah cakrawala, tetapi puncak merah tepat di atasnya.

Dalam praktik, geometri saja tidak cukup. Bukit, kabut, lampu kota, dan redupnya cahaya dekat cakrawala menghalangi pengamatan. Karena itu garis khas NOAA dalam tabel berada jauh lebih dekat ke kutub daripada batas geometris.

Korea dan badai Mei 2024

Pada 10 Mei 2024, rangkaian lontaran massa korona mencapai Bumi dan memicu badai G5 pertama sejak 2003. NASA menyebutnya badai surya terkuat yang mencapai Bumi dalam 20 tahun dan mencatat laporan aurora hingga lintang magnetik 26°. Dalam model, pada Kp 9 puncak merah baru melewati cakrawala hingga 27,2°, dekat dengan laporan tersebut.

Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) melaporkan pengamatan dari Korea. Kamera seluruh langit pada sistem pengamatan atmosfer atasnya (TIMOS) di Bohyunsan Observatory, yang mengamati melalui filter merah 630,0 nm, merekam cahaya merah di utara saat badai. Teleskop medan lebar KASI di Mongolia dan Amerika Serikat juga memotret aurora merah. Dini hari 12 Mei, astronom amatir Yongin Children's Observatory memotret aurora merah dari Hwacheon di provinsi Gangwon. KASI mencatat bahwa kamera seluruh langit Bohyunsan juga menangkap aurora merah pada 30 Oktober 2003 selama badai Halloween. Peneliti KASI kemudian menjelaskan perubahan besar ionosfer Korea saat badai yang sama: pada malam hari kandungan elektron total meningkat dan terjadi sintilasi kuat, lalu keesokan harinya turun lebih dari 70% di bawah normal.

Tur menempatkan Anda di Seoul pada Kp 9 dekat tengah malam magnetik. Hanya cahaya merah tipis terlihat di atas punggung bukit utara dan dipantulkan danau. Kira-kira itulah yang dapat diharapkan dari Korea, dan diperlukan salah satu badai terbesar dalam satu siklus surya.

Satu malam: busur, fase pecah, bercak

NOAA menjelaskan malam yang khas. Pada sore hari aurora membentuk busur dari cakrawala ke cakrawala. Larut malam, dekat tengah malam, busur mulai berpilin dan bergoyang seolah tirai tertiup angin. Pada suatu saat busur dapat meluas memenuhi langit, bergerak cepat dan menjadi sangat terang: puncak subbadai aurora. Menjelang pagi bentuknya menyerupai awan, dan bercak baur ini sering berkedip selama berjam-jam.

Syun-Ichi Akasofu menjelaskan urutan ini pada 1964 dari film kamera seluruh langit dan menyebutnya subbadai aurora. Energi yang tersimpan di ekor magnetik dilepaskan, dan fase pecah biasanya dimulai dekat tengah malam magnetik. Bercak berdenyut menjelang pagi berasal dari elektron yang dihamburkan keluar magnetosfer oleh gelombang chorus. Nishimura dan rekan-rekannya menunjukkan pada 2010 bahwa bercak dan gelombang itu menyala dan padam bersamaan.

Pameran menjalankan siklus seperti ini saat Anda berada di sisi malam pada Kp 3 atau lebih: kecerahan perlahan naik sekitar 40 detik, fase pecah sekitar 20 detik dengan berkas lebih cepat dan sabuk meluas ke kutub, lalu pemulihan. Antara waktu lokal magnetik 03 dan 09, tirai digantikan bercak berkedip.

Magnetometer dan kamera seluruh langit

Saat fase pecah, arus listrik kuat, elektrojet ke barat, mengalir sekitar 100 km di atas kepala sepanjang aurora. Magnetometer di tanah mendeteksinya sebagai penurunan komponen medan ke utara. Papan observatorium menggambar rekaman semacam itu untuk 60 detik terakhir. Dalam fase pecah pada Kp 4 atau 5, nilainya turun beberapa ratus nanotesla, dibanding medan total Bumi sekitar 50.000 nT. Indeks Kp sendiri disusun dari rekaman serupa pada observatorium yang lebih jauh dari kutub.

Di sebelahnya ada kamera seluruh langit: lensa mata ikan di bawah kubah kaca yang memotret langit dari cakrawala ke cakrawala dalam satu bingkai. Utara di atas dan timur di kiri karena Anda memandang ke atas. Layar menampilkan shader langit yang sama dengan di sekitar Anda, dalam proyeksi mata ikan.

Malam kutub dan Matahari tengah malam

Di utara Lingkar Arktik, Matahari tetap di bawah cakrawala sepanjang hari selama sebagian musim dingin. Pameran menghitung posisi Matahari memakai persamaan surya NOAA. Suatu hari dihitung sebagai malam kutub jika pusat Matahari tetap lebih dari 0,833° di bawah cakrawala saat tengah hari. Sudut ini memperhitungkan pembiasan cahaya di udara dan jari-jari Matahari. Di Tromsø hasilnya 48 hari, dari 29 November hingga 15 Januari. Di Longyearbyen, Svalbard, hasilnya 111 hari.

Tepat di Lingkar Arktik tidak ada malam kutub. Di Rovaniemi, dekat garis tersebut, bagian atas Matahari masih terlihat pada hari terpendek karena udara mengangkat citranya sekitar setengah derajat. Malam kutub memerlukan lintang sedikit lebih utara.

Kegelapan membuat aurora terlihat. Pada musim panas di lintang aurora, Matahari tengah malam menghalangi pengamatan. Pameran meredupkan aurora ketika Matahari naik mendekati cakrawala. Saat rembang, puncak berkas tinggi masih terkena sinar Matahari: ion nitrogen yang disinari memancarkan ungu. Karena itu beberapa foto menunjukkan puncak ungu di atas tirai hijau.

Mata dan kamera

Foto aurora sering tampak lebih terang dan berwarna daripada langit sebenarnya. Infografik aurora NASA menjelaskannya langsung: aurora jarang tampak seterang itu dengan mata telanjang, tetapi kamera menangkap detail bahkan pada aurora redup. Kamera mengumpulkan cahaya selama rana terbuka, dua detik, sepuluh detik, tiga puluh detik. Mata tidak bisa. Dalam cahaya sangat redup, mata mengandalkan sel batang yang tidak membedakan warna. Karena itu aurora samar dapat tampak seperti awan kelabu hingga bertambah terang.

Pengaturan rana bekerja dengan dua cara. Dalam tampilan langsung, pengaturan menentukan kecerahan pemandangan seperti yang ditampilkan layar kamera. Saat Anda menekan Ambil foto dalam mode foto, pameran merender bingkai selama paparan, dengan aurora bergerak di antaranya, lalu menjumlahkannya. Pada 1/30 s foto gelap. Pada 10 s tirai terang dan halus. Pada 30 s bagian yang bergerak cepat melebur menjadi cahaya lembut dan salju terlalu terang. Pilih Mata untuk memperkirakan penglihatan mata: bagian samar kehilangan warna.

Cahaya selatan

Oval selatan mengelilingi kutub geomagnetik selatan di atas Samudra Selatan dan Antarktika. Kebanyakan garis medan yang berakhir di oval utara juga berakhir di oval selatan, sehingga badai menyalakan keduanya. Namun keduanya bukan bayangan cermin yang persis. Laundal dan Østgaard menggunakan dua satelit untuk memotret kedua oval sekaligus dan menemukan bahwa satu dapat lebih terang daripada yang lain, bergantung musim dan arah medan yang dibawa angin surya.

Korea mengoperasikan dua stasiun penelitian di Antarktika. King Sejong Station, pada 62,2° S di King George Island, berada sekitar lintang geomagnetik 53° dan melihat aurora ke selatan saat badai. Jang Bogo Station, pada 74,6° S di sisi Ross Sea, berada sekitar 77° geomagnetik, dekat sisi oval yang menghadap kutub. Dalam pameran, pilih keduanya melalui Tempat dan lihat ke selatan.

STEVE, bukit pasir, dan bentuk baru lain

Pada 2016, pengamat aurora di Kanada memotret pita sempit ungu muda dari timur ke barat, di selatan aurora biasa, dan menamainya Steve. Satelit melintasinya dan menemukan aliran plasma panas yang sangat cepat di bawahnya, tanpa presipitasi elektron pembentuk aurora biasa. Ilmuwan memberinya kepanjangan Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. Gallardo-Lacourt dan rekan-rekannya menyatakan bahwa cahayanya merupakan pijaran atmosfer atas yang dipanaskan, bukan aurora. Kiat NASA untuk menemukannya: STEVE muncul sekitar 5 hingga 10 derajat lebih dekat ke khatulistiwa daripada aurora biasa, berupa busur sangat sempit sejajar timur-barat, bertahan 20 menit hingga satu jam, dan kadang disertai garis hijau pendek yang disebut pagar bilah.

Pada 2020, ilmuwan warga dan peneliti Finlandia menjelaskan bentuk baru lain, bukit pasir: garis hijau sejajar sekitar 100 km di atas tanah, seperti riak pasir, dibentuk gelombang atmosfer pada ketinggian itu.

Pameran memunculkan STEVE setelah subbadai di sisi malam ketika Kp 5 atau lebih, sekitar 2,3° di sisi khatulistiwa dari tepi oval, dengan pagar bilah di bawahnya saat badai terbesar.

Bisakah aurora terdengar?

Sejak lama penduduk utara melaporkan suara aurora: gemeretak, desis, atau tepukan saat aurora kuat. Silverman dan Tuan meninjau laporan itu pada 1973. Pertanyaannya masih diperdebatkan. Suara dari 100 km akan terlalu lemah dan tiba terlambat beberapa menit, jadi suara nyata harus dihasilkan dekat tanah. Sebagian peneliti mengaitkannya dengan efek listrik di atmosfer bawah selama gangguan geomagnetik. Temuan tersembunyi di hutan memainkan suara seperti dalam laporan. Itu ilustrasi, bukan rekaman.

Siklus 11 tahun

Aktivitas Matahari naik turun selama sekitar 11 tahun, dan jumlah bintik Matahari menjadi ukurannya. Pada 15 Oktober 2024, NASA, NOAA, dan Solar Cycle Prediction Panel internasional mengumumkan bahwa Matahari telah mencapai periode maksimum siklus surya 25, yang dapat berlangsung sekitar setahun. Suar terbesar dalam siklus hingga saat itu, X9.0, meletus pada 3 Oktober 2024. Badai besar lebih mungkin terjadi pada tahun-tahun sekitar maksimum, tetapi juga dapat muncul pada tahun lain.

Tolok ukur peristiwa ekstrem tetap badai September 1859, disebut peristiwa Carrington mengikuti astronom yang melihat suarnya. Aurora dilaporkan di lintang rendah seluruh dunia. Cliver dan Dietrich menggunakannya untuk membahas batas cuaca antariksa ekstrem.

Aurora di planet lain

Setiap planet dengan atmosfer dan medan magnet dapat memiliki aurora. Hubble memotret aurora Jupiter dalam ultraviolet. ESA menyebut luasnya melebihi seluruh Bumi, energinya ratusan kali aurora Bumi, dan tidak pernah berhenti. Jupiter memiliki sumber yang tidak dimiliki Bumi: bulannya yang vulkanik, Io, melempar partikel bermuatan ke antariksa. Di tempat garis medan dari Io mencapai Jupiter, ada jejak terang dekat oval utama. Wahana Juno memotret jejak ini dari dekat.

Aurora Saturnus juga terutama ultraviolet karena atmosfer planet raksasa terutama terdiri dari hidrogen. Hubble mengamati aurora utaranya selama tujuh bulan pada 2017 dan melihat dua puncak kecerahan, saat fajar dan tepat sebelum tengah malam. Mars tidak memiliki medan magnet global, sehingga tidak memiliki oval. Wahana MAVEN milik NASA menemukan aurora baur di sebagian besar planet setelah badai surya.

Dalam pameran, penggeser Planet di antariksa menampilkan Jupiter, Saturnus, dan Mars dengan aurora berwarna semu, serta Bumi di samping masing-masing pada skala yang sama.

Cara langit digambar

Langit dibuat oleh satu shader yang dijalankan untuk setiap piksel pada setengah resolusi, lalu diperbesar memenuhi layar. Bintang dan Bulan ditambahkan pada resolusi penuh. Untuk setiap piksel, shader menelusuri sinar pandang ke atas melalui atmosfer Bumi yang melengkung. Ada hingga 64 sampel ketinggian antara 82 km dan puncak lapisan merah, lebih rapat dekat bawah tempat tirai paling tajam. Pada setiap ketinggian, shader mencari posisi sinar sepanjang busur dan menuju kutub magnet, lalu mengambil pola tirai di sana.

Tirai mengikuti medan magnet yang tidak vertikal. Untuk dipol, kemiringan I medan pada lintang geomagnetik λ memenuhi tan I = 2 tan λ. Pada 67,5° Tromsø, kemiringannya sekitar 78°, sehingga garis medan yang naik dari 100 km ke 300 km bergeser sekitar 40 km ke khatulistiwa. Shader menggeser pola sebesar itu pada setiap ketinggian, sehingga berkas miring bersama. Dilihat tepat dari bawah, berkas sejajar tampak bertemu di satu titik, zenit magnetik, sekitar 12° dari zenit sebenarnya ke arah khatulistiwa di Tromsø. Itulah korona.

Tirai tipis yang dilihat dari samping lebih tipis daripada jarak dua sampel ketinggian. Karena itu setiap lembar diperlebar hingga selebar celah dan diredupkan dengan faktor yang sama, agar jumlah cahayanya tetap tanpa berkelip. Es danau membaca gambar yang sama untuk pantulan jika arahnya ada di layar, dan menghitung ulang dengan lebih sedikit langkah jika tidak.

Awan, Bulan, dan lampu desa

Awan berada sekitar 2,5 km di atas tanah, jauh di bawah aurora, sehingga bagian tebal menutupnya sama sekali. Dari bawah, awan sering berpijar hijau samar, diterangi aurora di atasnya. Pengaturan Awan menambahkan lapisan awan bergerak. Salju ringan mulai turun ketika awan menutup lebih dari separuh langit.

Fase Bulan dapat diatur, dan posisinya mengikuti Matahari untuk fase tersebut. Karena itu Bulan purnama tinggi di langit malam musim dingin, sedangkan sabit tetap dekat Matahari. Bulan terang menyinari salju dan langit serta menyamarkan aurora paling redup. Desa menambahkan sedikit cahaya hangat dekat cakrawala.

Perbedaan model dan kenyataan

• Tepi oval mengikuti pencocokan DMSP untuk batas aurora baur. Busur terang diskret dapat berada di mana saja dalam sabuk. Pameran menempatkan satu sedikit ke sisi kutub dari Anda jika berada di bawah oval, dan dekat sisi yang menghadap Anda jika tidak.
• Lebar sabuk adalah patokan, dan pencocokan di atas sekitar Kp 6 merupakan ekstrapolasi. Dalam badai besar sebenarnya, oval dapat lebih jauh menuju khatulistiwa daripada perkiraan garis lurus.
• Kp menentukan semuanya di sini. Aurora nyata menanggapi langsung kecepatan, kerapatan, dan medan magnet angin surya dari menit ke menit. Dua badai dengan Kp sama dapat tampak berbeda.
• Lintang geomagnetik berasal dari dipol miring. Koordinat geomagnetik nyata (lintang geomagnetik terkoreksi) dapat berbeda satu derajat atau lebih di beberapa tempat, paling besar di Atlantik Selatan.
• Lapisan emisi berupa kurva halus yang dicocokkan dengan ketinggian terbitan, bukan perhitungan lengkap pengendapan energi dan kimia. Kecerahan relatif: pameran tidak berusaha memberi nilai kilorayleigh.
• Tirai berupa pola lembaran terlipat dan berkas yang bergerak. Bentuknya direka agar menyerupai foto; ketinggian, warna, kemiringan sepanjang garis medan, dan posisinya mengikuti model.
• Bentang alam tetap sama ke mana pun Anda pergi. Hanya langit, Matahari, Bulan, dan bintang berubah mengikuti tempat.
• Posisi Bulan mengikuti Matahari sepanjang ekliptika untuk fase pilihan Anda; ini bukan efemeris Bulan lengkap.

Bergerak di lembah

Berjalanlah dengan WASD atau tombol panah, atau klik tanah. Pada ponsel, gunakan lingkaran kiri bawah atau ketuk tanah. Seret untuk melihat sekeliling; Anda dapat mendongak tegak lurus. Tombol kanan bawah beralih antara berjalan, berlari, kereta luncur, drone pada 45 m, dan pandangan antariksa. Tombol 1 hingga 5 melakukan hal yang sama. M membuka peta lembah, T tantangan, B buku aurora, F temuan tersembunyi, dan P mode foto.

Menara bukit dicapai melalui tangga di sisi selatan. Kereta luncur tercepat di jalur putus-putus sekeliling danau. Di antariksa, seret untuk memutar planet dan gulir untuk memperbesar.

Tur berpemandu

Tur terdiri dari 14 langkah. Dimulai dengan fase pecah di atas danau, lalu menunjukkan warna menurut ketinggian, membuat aurora merah, mendorong oval ke selatan melewati Tromsø, menempatkan Anda di bawah korona, memantulkan langit di es, mengunjungi observatorium, membandingkan mata dan kamera, menemukan malam kutub, mengamati dari Seoul pada Kp 9, pergi ke King Sejong Station dan Svalbard saat tengah hari, lalu berakhir di antariksa dengan Bumi dan Jupiter.

Tantangan dan temuan tersembunyi

Ada 11 tantangan. Sebagian berupa pertanyaan dengan jawaban dari model, misalnya Kp yang diperlukan Seoul. Lainnya diselesaikan dengan membuat kejadian: aurora merah, malam kutub, foto 10 detik, berdiri di bawah korona, subbadai pada magnetometer, atau aurora tengah hari. Tombol Siapkan membawa Anda ke titik awal yang sesuai tanpa menyelesaikan tantangan.

Buku aurora memiliki 44 entri: warna, bentuk dan kejadian, langit dan kamera, pandangan antariksa, serta tempat Anda pernah melihat aurora. Ada 18 temuan tersembunyi di lembah, tujuh di antaranya kartu pembalik anggapan yang dimulai dengan "Sebenarnya". Kemajuan disimpan di perangkat ini.