הסרט ששמו סטיב: איך חובבי שמיים נתנו שם לאור שהמדע פספס
בלילה קר ובהיר בחורף 2015 עמדה קבוצה קטנה של צלמים בחשכה אי-שם במחוז אלברטה שבקנדה, החצובות נעוצות בשלג, ממתינות לזוהר הצפוני. מה שעלה מעליהם לא היה הזוהר הצפוני. במקום וילונות הירוק המוכרים המתגלגלים לאורך האופק, נמתח בשמיים סרט דק של סגול חיוור ממזרח למערב, צר וחד-קצוות, כמו שריטה של אור שסורטטה בסרגל. הוא לא התנועע כמו שזוהר מתנועע. הוא תלה שם, זוהר בגון מוב, לעתים משוך בקצהו התחתון בשורה של פסים ירוקים קצרים שנראו ליותר מצופה אחד כמו גדר כלונסאות עומדת על צדה.
הצלמים כבר ראו אותו קודם. הם צילמו אותו שנים, ועדיין לא היה להם מושג מה הוא. הם השתייכו לקבוצת פייסבוק בשם Alberta Aurora Chasers, קהילה רופפת של חובבים שנסעו החוצה בלילות קפואים לצוד את השמיים. בינם לבין עצמם הם נהגו לקרוא לקשת הסגולה המוזרה "סטיב", שם ריק ומכוון, מטופש בכוונה, שהושאל מסרט האנימציה משנת 2006 "מעבר לגדר", שבו החיות המבוהלות נותנות לחפץ לא-מוכר שם אנושי לא-מזיק כדי שיפסיק להפחיד. הבדיחה נתפסה, והתמונות הוסיפו להצטבר.
רודפי הזוהר שיתפו את תמונותיהם עם שניים שאולי יידעו: אליזבת מקדונלד, מדענית מזג-אוויר-חלל בנאס"א ומייסדת Aurorasaurus, מיזם שנבנה כדי לשלב תצפיות אזרחים במחקר אמיתי, ואריק דונובן, פיזיקאי זוהר מאוניברסיטת קלגרי. בין שניהם נשאו מקדונלד ודונובן עשרות שנים של ניסיון בחקר האטמוספירה העליונה. אף אחד מהם לא ידע לומר מה סטיב היה. הם הביטו במבנה בהיר המתקשת מעל ערים מיושבות, מצולם לילה אחר לילה, שאינו מופיע בספרות המדעית.
דונובן הסיק שהתשובה לא תבוא מתמונות בלבד. מה שנדרש היה צירוף מקרים: לוויין החולף בדיוק דרך הסרט ברגע שבו מצלמה על הקרקע קולטת אותו. לסוכנות החלל האירופית היו המכשירים הנכונים במסלול, שלישיית לוויינים בשם Swarm, שתוכננה למדוד את השדות המגנטיים והחשמליים של כדור-הארץ. דונובן המתין להתאמה, וכשהתאים תצפית קרקע של סטיב למעבר של Swarm, המספרים היו מדהימים. בגובה שבו סטיב זהר, בערך 450 קילומטר מעלה, טס הלוויין דרך סרט גז ברוחב כ-25 קילומטר שבו הטמפרטורה זינקה לכ-3,000 מעלות צלזיוס, ושבו חלקיקים טעונים זרמו מערבה במהירות של קרוב לשישה קילומטר בשנייה, אלפי מונים מהר יותר מהאוויר משני צדיו.
המדידה הזו נתנה לשם הזמני בית קבוע. במאמר משנת 2018 שפורסם ב-Science Advances, המחקר הראשון על התופעה שעבר ביקורת עמיתים, שמרה הקבוצה על השם שרודפי הזוהר בחרו אך הנדסה אותו לאחור לכדי ראשי-תיבות: Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, העצמת מהירות של פליטה תרמית חזקה. סטיב הפך ל-STEVE. זה היה מקרה נדיר שבו המדע המקצועי מאמץ רשמית תווית שהמציאו חובבים, והוא תיעד תגלית שעברה מאלבום בפייסבוק לכתב-עת מדעי בתוך קצת יותר משנתיים.
Aurorasaurus הפך לרקמת החיבור של העבודה. זו הייתה פלטפורמה שבה אנשים רגילים יכלו לתעד את שראו ושבה חוקרים יכלו לחפש את צירופי-המקרים הנדירים ההופכים אנקדוטה לראיה. בשנים שלאחר מכן דווחו מאות תצפיות. יחד הן ביססו שסטיב אינו קוריוז של מצלמה אחת או לילה אחד אלא תופעה חוזרת וניתנת לשחזור בשמי התת-זוהר, ושהוא נוטה להופיע בקווי-רוחב נמוכים יותר מהזוהר הקלאסי, קרוב יותר למקומות שבהם רוב האנשים באמת חיים.
הפיזיקה ש-Swarm מדד לא הייתה חדשה כשלעצמה. זרימות מערביות מהירות של פלזמה חמה בגבהים האלה מוכרות היטב למומחים בשם אחר: סחף יונים תת-זוהרי, או SAID, המתואר במסגרת משפחה רחבה יותר של זרמי קיטוב תת-זוהריים. הזרימות האלה נחקרו במשך עשורים. מה שמעולם לא קושר אליהן היה אור נראה. SAID נחשב לבלתי-נראה, נהר של אנרגיה שמכשירים יכולים לאתר אך עיניים אינן יכולות לראות. תמונות אלברטה, בהתאמה לנתוני הלוויין, ביססו שסחף יונים תת-זוהרי יכול להיות מלווה בזוהר בהיר די הצורך כדי לצלמו מצד הדרך.
המחקר מ-2018 ביסס גם מה סטיב אינו. זוהר רגיל זוהר משום שחלקיקים טעונים מהחלל ניתכים במורד קווי השדה המגנטי ופוגעים בחמצן ובחנקן גבוה באטמוספירה, מעוררים את האטומים עד שהם משחררים אור. מטר החלקיקים הזה נקרא משקע, והוא המנוע של כל זוהר קלאסי. כשבחנו החוקרים את נתוני הלוויין והקרקע של סטיב, הם לא מצאו משקע אלקטרונים משמעותי הנופל אל תוך הסרט הסגול. על בסיס זה קובעים המאמר מ-2018 והעבודה שבאה אחריו במפורש שסטיב אינו זוהר, גם אם הוא מופיע לצד הזוהר ונראה, לעין לא-מיומנת, כקרוב משפחה שלו.
הספקטרוסקופיה חידדה את התמונה עוד יותר. כשמכשיר Transition Region Explorer בקנדה קלט את אורו של סטיב ופיצל אותו לספקטרום ב-2019, התברר שלסרט הסגול אין כלל חתימה נקייה. לא היה קו פליטה בהיר יחיד, אלא רק רצף רחב של צבע, מן המריחה שחימום מייצר ולא טביעות-האצבע האטומיות הבדידות שזוהר מותיר. הפסים הירוקים לצדו נתנו קריאה אחרת. אורם נשלט על-ידי פליטת החמצן ב-557.7 ננומטר, אותו ירוק שזוהרים רגילים מייצרים.
כך שהתיק מכיל כיום גובה מדוד, רוחב מדוד, טמפרטורה מדודה, מהירות מדודה, שם רשמי בכתב-עת שעבר ביקורת עמיתים, זיקה מאושרת לסחפי יונים תת-זוהריים, היעדר מוכח של משקע אלקטרונים, ושתי התנהגויות ספקטרליות נבדלות היושבות זו לצד זו באותו מבנה. סטיב הוא אחת התופעות המעטות במדעי החלל המודרניים שקיבלה שם מחובבים, תועדה בידי חובבים, ורק אז נמסרה למכשירים.
מסקנות ושאלות פתוחות
מה שהתיק אינו מכיל הוא מנגנון. המדענים יודעים היכן סטיב נוצר ועל מה הוא רוכב, ועדיין אינם יכולים להסביר מעקרונות ראשוניים כיצד סחף יונים תת-זוהרי מייצר אור בכלל.
ההסבר המוביל, שהעלתה קבוצת Science Advances ופותח בעבודות מידול מאוחרות יותר, גורס שהזוהר תרמי במהותו: גז הנע במהירות שישה קילומטר בשנייה כנגד פלזמה איטית יותר סביבו מתחמם מחיכוך ומהתנגשויות, והגז המחומם מקרין את הרצף הסגול הרחב שהספקטרוגרף רשם. חולשתו היא שאין מודל שפורסם המשחזר בפירוט את הבהירות ואת הספקטרום הנצפים מתוך התנאים שנמדדו, ולכן חוקרים מתארים את הפליטה כרצף שמקורו אינו ודאי ולא כתהליך פתור.
תיאוריה שנייה, שהעלו חוקרים שבחנו את הספקטרום מ-2019, נוגעת לגדר הכלונסאות הירוקה ולא לסרט הסגול. היא גורסת ששדות חשמליים המיושרים עם השדה המגנטי ממריצים אלקטרונים מקומית, נמוך יותר היכן שהגדר נוצרת, ומאפשרים להם לפגוע באטמוספירה ולזהור בלי שחלקיקים ייפלו מהחלל. היא מתאימה היטב לחתימת החמצן. חולשתה היא היקף: היא אינה אומרת דבר על הסרט הסגול עצמו, וההאצה המקומית שהיא דורשת לא נמדדה ישירות במהלך אירוע סטיב.
עמדה שלישית, המשתמעת משני הספקטרומים, גורסת שגדר הכלונסאות והסרט מוארים בשני תהליכים בלתי-קשורים שרק מזדמנים יחד. חולשתה היא שהיא מותירה את המקריות בלא הסבר, ואינה מסבירה מדוע הגדר מופיעה לפני סטיב בלילות מסוימים, אחרי שהוא דועך באחרים, וכלל לא ברבים.
יש הטוענים שסטיב היה נראה מעל אדמה מיושבת כל עוד בני-אדם הרימו מבט, ושספרות הזוהר הישנה זרועה אזכורים של קשתות מוב ורצועות סגולות בלתי-מוסברות שהיו תצפיות של סטיב, שתועדו ונשכחו משום שלא הייתה מסגרת להחזיק אותן. זו קריאה סבירה. חולשתה היא שאותן רשומות ישנות מעורפלות מכדי להיבחן, ואי-אפשר להבחין בינן לבין צורות זוהר רגילות בדיעבד.
תיאוריה אחת גורסת שהפרשה מלמדת פחות על השמיים ויותר על המוסדות החוקרים אותם: שמבנה בהיר מעל ערים מיושבות נותר בלתי-מוזכר עשורים לא משום שהיה קשה לראותו אלא משום שהיה מחוץ למה שצופים מוסמכים ציפו למצוא, ושתופעות אחרות נעלמות מן העין מאותה סיבה ממש גם עכשיו. זו טענה על תשומת-לב מדעית, לא על פיזיקה, ואין דרך לבחון אותה.
השאלות הפתוחות ספציפיות. מדוע סחף יונים תת-זוהרי, הנוכח בלילות רבים, רק לעתים נדלק כסרט נראה? מה בדיוק מצית את הרצף הסגול לזהור, אם לא חלקיקים נופלים? מדוע גדר הכלונסאות מופיעה רק לפעמים, ובלי סדר קבוע ביחס לסרט? היכן מסתיים סטיב ומתחיל הזוהר בלילות שבהם שניהם מונעים מאותה הפרעה בחלל הקרוב לכדור-הארץ? וכמה דיווחי זוהר ישנים שילבו בשקט תצפית של סטיב ברישום מבלי שאיש הבחין בהבדל? לסטיב ניתן שם, הוא אותר, תוזמן ונמדד. האם הוסבר היא שאלה נפרדת, והחוקרים העוסקים בו אינם טוענים אחרת.