Зоопарк в верхних слоях атмосферы

Исследователи из Университета Саутгемптона, Англия, под руководством доктора Дэниела Уайтера запустили проект Aurora Zoo по изучению полярного сияния и просят помощи добровольцев. Корреспондент рубрики HELP&SCIENCE пообщалась с участником команды доктором Дэниелом Уайтером и выяснила, как без знаний в области астрофизики внести свой вклад в научное исследование.

Почему появился проект

С 2007 года исследовательская группа из Университета Саутгемптона изучает полярное сияние. Для этого ученые используют систему камер ASK (Auroral Structure and Kinetics), позволяющую получить качественное изображение при разных длинах волн. Благодаря телескопам можно детально рассмотреть фрагмент неба и, как следствие, мельчайшие формы полярного сияния. Чувствительные детекторы камер позволяют изучить самые быстрые движения за счет короткой выдержки. Больше чем за 10 лет наблюдений накопились тысячи часов видео, но многие из них даже не просматривали, потому что научный интерес представляли только отдельные события. Команда преподавателей и студентов с кафедры физики космоса увидела в объеме нетронутых данных возможность провести большое статистическое исследование и запустила гражданский научный проект Aurora Zoo. Его цель — понять принцип и условия образования разных по форме и движению полярных сияний. Это станет возможным, когда добровольцы помогут классифицировать имеющиеся материалы.

— В полярном сиянии так много интересных форм и движений, что просмотр видео похож на посещение зоопарка, где вместо животных разные формы сияния.

Зачем исследовать сияние

Комметарий к инфографике:

В реальной жизни цвет сияния зависит от типа излучающих атомов или молекул. Человек видит в основном зеленое и красное свечение от атомарного кислорода. Что касается базы данных Aurora Zoo, цвет изображений здесь дает представление об энергии электронов. Ее увеличение показывает градация от желтого к синему, то есть зеленый обозначает энергию средней величины.

Зная особенности «поведения» полярного сияния, можно предсказать геомагнитные бури, а значит, и подготовиться к ним. Такие бури возникают от возмущения магнитного поля Земли из-за большого выброса энергии Солнцем. Их силы достаточно, чтобы ухудшить работоспособность спутников и электросетей.

Кроме того, 99% наблюдаемой Вселенной, включая вещество, наполняющее верхнюю атмосферу и околоземное пространство, где формируется полярное сияние, представляет собой плазму. Знания о ней нужны при работе с термоядерным реактором: для протекания реакции термоядерного синтеза необходима температура в несколько миллионов градусов, при которой вещество и переходит в состояние плазмы. Другой объект научного интереса — молнии. Это не что иное, как полый плазменный канал, в стенках которого сосредоточен ток. Изучать четвертое агрегатное состояние можно и в искусственно созданных условиях. Но полярное сияние предоставляет ученым возможность поработать в уникальной, естественной лаборатории.

Команда проекта уверена, что информацию о полярном сиянии можно применять и для преподавания нескольких тем: космос, электричество и магнетизм, свет, атомная теория и физика и химия атмосферы. Исследователи Aurora Zoo проводят семинары о проекте в школах и показывают эксперимент с участием Planeterrela — установки, позволяющей воссоздать полярное сияние.

Доктор Дэниел Уайтер, руководитель проекта, преподаватель космической физики в Университете Саутгемптона:

— Я интересовался космическими исследованиями с раннего детства, хотя и не осознавал этого, даже будучи подростком! Полярное сияние позволяет изучать физику плазмы, влияет и на химию атмосферы, и на климат. Для меня изучение авроры — отличное сочетание анализа данных, полевых исследований и разработки приборов, а также приятный просмотр красивых фотографий!

Как устроен классификатор

Раз уж мы в зоопарке, на «клетках» с разными полярными сияниями будут разные таблички: с типом движения и формы. Среди них есть как признанные научным сообществом: дрейф, рябь, завитки, корональные лучи, край, — так и те, которым пришлось придумывать названия. Одного из них команда назвала «шоколадный соус», а другого — «психоделический калейдоскоп». 

— Классификация по форме и движению по отдельности наиболее эффективна: она дает нам много классов, а пользователям не нужно тратить время, просматривая их все в попытках запомнить.

К имеющейся классификации пришли методом проб и ошибок. «Сначала, — вспоминает Дэниэл Уайтер, — мы комбинировали формы и движения. Варианты ответов, которые использовали, основывались только на ранее опубликованных типах. Их было около десяти. Но когда мы посмотрели данные из тестовой версии Aurora Zoo, то поняли, что этого недостаточно».

КАК ПОМОЧЬ?

• Заходим на страницу проекта.
• Переходим в раздел «Классифицировать (Classify)».
• Изучаем руководство (вкладка «Field Guide» справа на экране): знакомимся с особенностями разных типов сияния на примерах секундных роликов. На изучение теории уйдет не больше 10–15 минут.
• Знакомимся с методикой анализа. Выходит автоматически при первом посещении страницы. Если нет, смотрим вкладку «Tutorial» справа от видео.
• Действуем: отвечаем на вопросы к предложенному ролику. Если не выходит выбрать правильный вариант, выбираем самый, на ваш взгляд, подходящий и обсуждаем его с командой проекта и другими волонтерами в чате. Тут же делимся необычными находками. 

Также на роликах могут попасться белые точки звезд, спутники в виде движущихся пятнышек, метеор или падающая звезда, которые выглядят, как линии.

— Вопросы пользователей помогают рассказать людям о наших исследованиях, а также побудить их активнее заниматься наукой. Добровольцы часто обращают внимание на нюансы, которые мы не замечаем, потому что они смотрят на изображения «свежим взглядом».

Присоединиться к проекту можно по на сайте Zooniverse.

Автор текст: Анастасия Майкова
Инфографика: Алиса Савушкина