Historische Zusammenarbeit: Wissenschaftler und Bürger schließen sich zusammen, um Nordlichter zu kartieren

Die leuchtenden Polarlichter, die in ganz Nordamerika und manchmal auch in überraschend niedrigen Breitengraden zu sehen sind, zeugen von der Sonnenaktivität am Nachthimmel.

Polarlicht; Geomagnetismus — Am 10. und 11. Mai 2024 löste der extreme geomagnetische Sturm Gannon mehr als 12 Stunden lang brillante Polarlichter am Nachthimmel in mittleren und niedrigen Breitengraden auf der ganzen Welt aus.

Bei Polarlichtereignissen gibt es nicht nur die bekannten sichtbaren Lichtspiele: Wenn sie auftreten, kommt es in der Ionosphäre der Erde zu einem Anstieg der Ionisierung und des Gesamtelektronengehalts (TEC) aufgrund des Niederschlags von energetischen Elektronen und Ionen in der Ionosphäre.

Das extreme Polarlicht-Ereignis in diesem Jahr (10.-11. Mai 2024) war auf den geomagnetischen "Supersturm" Gannon zurückzuführen , der zu Ehren der Forscherin Jennifer Gannon benannt wurde, die leider am 2. Mai verstorben ist. Während des Sturms Gannon beobachteten sowohl Forscher des Haystack-Observatoriums des MIT als auch Bürgerwissenschaftler aus den gesamten Vereinigten Staaten die Auswirkungen dieses Ereignisses auf die Ionosphäre der Erde.

Die Bedeutung der Bürgerbeteiligung in der Wissenschaft

Bei der Bürgerwissenschaft (Citizen Science oder Community Science) beteiligen sich Bürgerinnen und Bürger freiwillig und oft in erheblichem Umfang an wissenschaftlichen Untersuchungen, z. B. durch Beobachtungen, Datenerfassung, Entwicklung von Technologien und Interpretation von Ergebnissen und Analysen. Professionelle Wissenschaftler sind nicht die einzigen Menschen, die Forschung betreiben.

auroras borealis — Die Bürgerwissenschaft trägt in mehrfacher Hinsicht zur professionellen Wissenschaft bei.

Die gemeinschaftliche Arbeit von Bürgerwissenschaftlern trägt nicht nur zu besseren wissenschaftlichen Ergebnissen bei, sondern verbessert auch die Transparenz der wissenschaftlichen Arbeit zu Themen, die für die breite Bevölkerung von Bedeutung sind, und erhöht das Engagement in den MINT-Fächern (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik) bei vielen Personengruppen, die keine professionellen Wissenschaftler in diesen Bereichen sind.

Datenkombination zwischen professionellen Wissenschaftlern und Bürgerwissenschaftlern

Das Haystack-Observatorium sammelte für diese Studie Daten aus einem dichten Netz von GNSS-Empfängern (Global Navigation Satellite System, einschließlich Systemen wie GPS) in den Vereinigten Staaten, die Veränderungen der ionosphärischen TEC-Schwankungen auf einer Zeitskala von weniger als einer Minute überwachen.

In dieser Studie haben John Foster und Kollegen die Auswirkungen der Polarlichter während des Sturms Gannon in Form von TEC-Veränderungen kartiert und mit Bürgerwissenschaftlern zusammengearbeitet, um die Ausdehnung des Ereignisses durch Foto- und Videobeobachtungen zu bestätigen. Sowohl die TEC-Beobachtungen als auch die Einbeziehung der synchronen Bilder von Bürgerwissenschaftlern waren innovativ. Dies ist die erste Verwendung von durch Niederschlag erzeugter ionosphärischer TEC zur Kartierung des Auftretens und der Entwicklung eines starken kontinentalen Polarlichts.

„Diese Beobachtungen bestätigen die TEC-Kartierungstechnik für detaillierte Studien des Polarlichts und ermöglichten die neuartige Entdeckung einzelner starker Ionisierungsausbrüche, die durch Niederschläge im Zusammenhang mit der schnellen Intensivierung und Ausdehnung der Polarlichtaktivität erzeugt werden. J. C. Foster, Hauptautor der Studie.

Die Haystack-Wissenschaftler verknüpften ihre Arbeit auch mit Bürgerbeobachtungen, die in sozialen Medien gepostet wurden, um die TEC-Messungen zu unterstützen, die über das GNSS-Empfängernetz vorgenommen wurden. Diese Farbbilder und die sehr hohen TEC-Werte führten zu der Schlussfolgerung, dass die intensive rote Aurora mit der Vorderkante der steigenden TEC-Werte in Richtung Äquator und Westen zusammenfiel, was darauf hindeutet, dass die steigende TEC durch einen intensiven Niederschlag von niederenergetischen Elektronen nach dem geomagnetischen Supersturm verursacht wurde.

Aurora Borealis, rot. — Das rötliche Polarlicht wurde von niedrigeren Breitengraden aus gesehen, etwa in Portugal. Es gibt mehrere fotografische Aufzeichnungen in den sozialen Medien, die dies zeigen.

Dieser Sturm war außergewöhnlich stark, mit seltener Polarlichtaktivität in mittleren Breiten. Die Vorgänge in der Magnetosphäre während des Sturms waren die unmittelbare Ursache für die Störungen des Polarlichts und der Ionosphäre. Diese wiederum wurden durch den vorangegangenen koronalen Massenauswurf und die Wechselwirkung des stark gestörten Sonnenwinds mit der äußeren Magnetosphäre der Erde verursacht.

Die Ionosphärenbeobachtungen, über die in der unten zitierten Arbeit berichtet wird, sind Teil dieses globalen Systems von Wechselwirkungen, und ihre Eigenschaften können genutzt werden, um unser gekoppeltes atmosphärisches System besser zu verstehen.

Quellenhinweis:

Foster J., Erickson P., Nishimura Y., et al. Imaging the May 2024 Extreme Aurora With Ionospheric Total Electron Content. Geophysical Research Letters (2024).