Zjawisko STEVE. Tajemniczy "bliźniak" fioletowej poświaty na niebie

Zjawisko STEVE (ang. Strong thermal emission velocity enhancement) jest znane stosunkowo od niedawna. Po raz pierwszy zauważono je dopiero w 2016 roku. Przypomina zorzę polarną, długo było z nią łączone lub utożsamiane, ale zostało niedawno uznane za fenomen o fizycznie odrębnej naturze.

Kilka lat temu, w roku 2016, grupa obserwatorów zorzy polarnej uchwyciła na zdjęciach coś, co także świeciło jasno na nocnym niebie. Była to wyraźnie fioletowa wstęga światła, wyróżniająca się pośród zieleni i czerwieni zorzowej. Nadano jej nazwę STEVE i z początku powiązano ją z zorzą. Szczególnie że, jak się wkrótce okazało, podobnie jak zorze polarne, zjawisko to zwykle występuje przy wysokiej aktywności Słońca.

Gdy jednak sprawie bliżej przyjrzeli się naukowcy, wyszło na jaw, że przez fioletową smugę szczęśliwie przechodziły wówczas sztuczne satelity należące do konstelacji Swarm. Jest to sieć satelitów Europejskiej Agencji Kosmicznej, której celem jest dokładne zbadanie ziemskiego pola magnetycznego, w tym jego zmienności i wpływu na ziemski klimat oraz inne parametry fizyczne naszej planety.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Okazało się, że przelatując przez dziwną poświatę, satelity zarejestrowały w niej, na wysokości około 300 kilometrów nad powierzchnię Ziemi, gwałtowny skok temperatury. Wzrosła ona tam o około 3000 stopni Celsjusza. Dalsze badania dowodziły, że tajemnicze zjawisko miało rozmiar rzędu 25 km i postać strumienia naładowanego elektrycznie gazu, który przepływał w kierunku zachodnim z prędkością 6 kilometrów na sekundę.

W 2023 ustalono, że wyjaśnieniem zjawiska wcale nie musi być zorzopodobne wzbudzanie cząstek atmosfery. Pojawił się pomysł, że być może STEVE generowany jest przez lokalne pola elektryczne, biegnące równolegle do ziemskiego pola magnetycznego. Stwierdzono, że na typowej wysokości 110 km takie równoległe pola elektryczne jest w stanie dostatecznie naenergetyzować okoliczne elektrony.

Hipoteza ta wyjaśnia również, dlaczego STEVE powstaje także w dalszych odległościach od biegunów magnetycznych Ziemi niż te, na jakich typowo obserwowane są zorze polarne. Pozostaje jednak pytanie, z czego wynika powiązanie tego innego przecież zjawiska z wysoką aktywnością słoneczną? Być może generowane przez Słońce burze geomagnetyczne powodują warunki, w których pola elektryczne wydajniej przyśpieszają cząstki ponad Ziemią, prowadząc w rezultacie do lokalnego świecenia nieba.

O zjawisku wciąż jednak wiemy niewiele, dużo zostało do wyjaśnienia. Zaproponowano na przykład, aby wystrzelić w kosmos specjalnie zaprojektowany instrument, który byłby w stanie zmierzyć i wykazać, czy równoległe pola elektryczne odpowiedzialne za efekt STEVE faktycznie istnieją. I jakie mają natężenia. Nie tak dawno z kolei okazało się, że ma on swój poranny odpowiednik, czyli swoiste zjawisko bliźniacze.

Fizycy podejrzewali istnienie porannego odpowiednika nocnego STEVE od kilku lat. Miałby to być podobny, ale przeciwnie skierowany strumień gazu, płynący w drugiej połowie nocy, przed świtem, w kierunku wschodnim. Aż do roku 2021 nie zaobserwowano jednak wizualnego pokazu barw związanego z tym porannym strumieniem. 28 grudnia 2021 roku znalazł go nieoczekiwanie norweski fotograf Gabriel Arne Hofstra, gdy przeglądał dużą ilość zdjęć z kamery cyfrowej obejmującej całe niebo nad polarną stacją badawczą Ramfjordmoen. Charakterystyczna, fioletowa wstęga była dobrze widoczna na zdjęciach sprzed świtu.

Naukowcy z University of Electro-Communications w Japonii, Szwedzkiego Instytutu Fizyki Kosmicznej i Norweskiego Uniwersytetu Arktycznego odkryli następnie, że dwa satelity Swarm także w tym przypadku szczęśliwie były we właściwym miejscu i we właściwym czasie. Zarejestrowały ponad Ziemią poranne zjawisko, w którym sfotografowany przez stację, fioletowy kolor pasma najwyraźniej odpowiadał strumieniowi gorącego gazu, który płynął przeciwnie do zwykłego STEVE, czyli w kierunku wschodnim.

Warto podkreślić, jak ważni okazali się w przypadku obu odsłon zjawiska STEVE właśnie fotografowie. Mówią o tym sami naukowcy, których zdaniem są oni niezwykle cennymi współpracownikami w obserwacjach nieba. Badania i obserwacje tych i innych zjawisk zachodzących w pobliżu Ziemi będą też szczególnie ważne w nadchodzących latach, ponieważ aktywność słoneczna związana z nimi jest już teraz w, lub niebawem osiągnie, swoim maksimum w jedenastoletnim cyklu słonecznym.

Jak dostrzec STEVE? Nie jest to proste, szczególnie że można go pomylić z zorzą. Pewną wskazówką jest to, że zjawisku często towarzyszą charakterystyczne, zielone pasy. Występuje ono nad zorzą polarną i, jak wspomniano, zwykle sięga dalej niż zorze, występując też na niższych szerokościach geograficznych. Ze względu na wysoką aktywność Słońca możemy więc w tym i przyszłym roku spodziewać się większej ilości takich pokazów świetlnych na niebie – natomiast pamiętajmy, że nie są one zbyt częste.

Pamiętajmy, że na wakacyjnym niebie bywa wiele innych ciekawych obiektów. Mniej więcej do końca lipca trwa sezon na obserwacje obłoków srebrzystych, czyli wysokich chmur mezosferycznych. To chmury najwyższe w ziemskiej atmosferze, występujące nawet do około 90 km wysokości, widoczne dobrze tylko późną wiosną i latem, zwykle krótko po zmierzchu oraz przed świtem, gdy oświetlające je Słońce znajduje się płytko pod horyzontem. Wciąż też liczymy na kolejne widowiskowe zorze nad Polską, a już po 10 sierpnia na niebie czeka nas prawdopodobnie spektakl w postaci licznego roju meteorów, czyli słynne Perseidy.