In een opmerkelijke ontdekking heeft een Japans onderzoeksteam spectaculair blauwe polarlichten waargenomen op een onverwachte hoogte. Dit fenomeen roept vragen op en onderzoekers volgen twee mogelijke verklaringen om de oorzaak te achterhalen.
Wanneer geladen plasma van de zon onze atmosferische magnetische velden ontmoet, kunnen we genieten van prachtige kleurrijke polarlichten aan de hemel. Hoewel de meeste aurora’s rood of groen zijn, is het zeldzaam om blauwe polarlichten te zien. Op 21 oktober 2023 observeerden wetenschappers aan de Kiruna Esrange Optical Platform Site in Noord-Zweden tijdens de astronomische zonsopgang deze bijzondere blauwe gloed. Wat bijzonder is, is dat de karakteristieke blauwe emissie, veroorzaakt door geïoniseerde stikstofmoleculen (N₂⁺), werd gezien op een hoogte van ongeveer 200 kilometer. Dit is opmerkelijk, aangezien theoretische modellen slechts een hoogte van 120 tot 160 kilometer hadden voorspeld.
Om deze discrepantie te onderzoeken, gebruikte het team onder leiding van Katsumi Ida van het National Institute for Fusion Science in Japan een innovatieve methodologie. Ze hanteerden de HyperSpectral Camera for Auroral Imaging (HySCAI), die niet alleen beelden vastlegt, maar ook tegelijkertijd het volledige lichtspectrum analyseert. De unieke aanpak bestond erin dat tijdens de zonsopgang de schaduw van de aarde langzaam naar beneden beweegt. Hierdoor bereikt zonlicht steeds lagere atmosferische lagen en stimuleert het de geïoniseerde stikstofmoleculen om te gloeien, een proces dat bekend staat als resonantieverstrooiing.
Volgens de onderzoekers begint de emissie “in het oosten op te komen en breidt deze zich vervolgens uit naar de magnetische zenith”. Door te monitoren wanneer de emissie vanuit verschillende hoeken toenam, konden ze de hoogte van de gloeiende laag vaststellen. Het resultaat wees uit dat de sterkste emissie optrad toen de schaduwgrens precies 200 kilometer hoogte bereikte.
Maar waarom verschijnen geïoniseerde stikstofmoleculen op zo’n grote hoogte? De onderzoekers discussiëren over twee mechanismen: ofwel stijgen N₂⁺-ionen vanuit lagere lagen naar boven, of ze worden pas op grote hoogte gevormd door een chemische uitwisseling. De wetenschappers erkennen dat ze “geen van beide mechanismen kunnen uitsluiten”. Een eerder model voorspelde dat de productie van N₂⁺ via ladingsuitwisseling met zuurstofionen zijn maximum bereikt op een hoogte van 200 tot 210 kilometer – precies daar waar de huidige metingen hun piek vertoonden.
De resultaten, gepubliceerd in het vakblad Geophysical Research Letters, bieden belangrijke aanwijzingen over eerder onbegrepen processen in de bovenste atmosfeer. Verdere studies zijn noodzakelijk om het mysterie van de hoog vliegende blauwe polarlichten volledig op te lossen. De nieuwe meetmethode kan daarbij helpen om de dynamiek van de ionosfeer beter te begrijpen, een atmosferische laag die ook cruciaal is voor radio-overdracht en satellietnavigatie.
