Каждую зиму тысячи туристов отправляются на север, чтобы увидеть разноцветные огни в небе. Многим везёт увидеть это зрелище, но многие остаются ни с чем. И тут возникает вопрос, когда и где лучше всего смотреть северное сияние, и как оно возникает? Во-первых, нужно понимать, что северное сияние появляется благодаря солнцу. Наша звезда выстреливает миллиардами тон заряженных частиц, в основном протонов и электронов, в сторону Земли, и они летят с большой скоростью. Они наносили бы огромный вред нашей планете, если бы она не была защищена магнитным полем.
Благодаря ему, большая часть этих протонов и электронов облетает Землю, но некоторые частицы пролетают по линиям магнитных полей к их источнику – магнитным полюсам Земли. Двигаясь к ним, заряженные частицы сталкиваются с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы, из-за чего и появляется сияние. Из-за формы магнитного поля и высоты, на которой формируется сияние, лучшим местом, чтобы увидеть его, будет не сам полюс, а линия примерно в двух тысячах километров вокруг него. Эта зона называется овалом полярных сияний. И оказаться в этом овале намного проще на севере, поскольку на юге эта зона находится в Антарктиде и Южном Океане.
Если вам повезёт, вы увидите зелёное сияние. Если очень повезёт – то фиолетовое, розовое и даже голубое. Если же вы самый везучий человек на свете, то сияние будет красным. Однако самый распространённый цвет – зелёный, и вот почему. Во-первых, сияние появляется благодаря электронам, которое выбросило Солнце, а не протонам. Во-вторых, с изменением высоты над Землёй меняется состав атмосферы. Над уровнем моря воздух на 78% состоит из азота, на 21% из кислорода и на 1% - из остальных веществ. На высоте 80 километров и выше, кислорода больше, чем азота.
В-третьих, на больших высотах ультрафиолетовый свет от Солнца делит молекулы кислорода на атомы. Итак, когда электрон сталкивается с атомом кислорода, тот приходит в возбуждённое состояние. В итоге кислород выбрасывает избыточную энергию в виде фотона света. Фотон может полететь к поверхности Земли и стать частью полярного сияния. Цвет фотона зависит от его энергии. Чем выше энергия, тем зеленее будет фотон. Фотоны с маленькой энергией будут красными. Вернёмся к кислороду: у него есть несколько разных возбуждённых состояний, поэтому он может взаимодействовать с электронами с разной энергией.
Если электрон обладает высокой энергией, то в результате взаимодействия появляется высокоэнергетический фотон, то есть зелёный. Если у электрона небольшая энергия, то появляется низкоэнергетический фотон – красный. И тут может возникнуть вопрос, если фотоны появляются при взаимодействии атомов кислорода и электронов, то почему зелёные фотоны появляются чаще? Если атом кислорода сталкивается с электроном с высокой энергией, то он за секунду успокаивается и выбрасывает зелёный фотон. Если же у электрона небольшая энергия, то кислород пребывает в возбуждённом состоянии намного дольше – 110 секунд.
За это время очень легко упустить возможность выбросить фотон. Если какая-нибудь другая молекула столкнётся с атомом кислорода, пребывающем в возбуждённом состоянии, то он выбывает из игры. Энергия, которая могла выброситься в виде красного фотона, передаётся молекуле, ударившей атом кислорода. За 110 секунд, которые нужны для образования красного фотона, атомы кислорода успевают столкнуться с другими молекулами, что намного реже случается с высокоэнергетическими атомами, которым нужна всего секунда, чтобы выбросить зелёный фотон. Но есть и другие обстоятельства.
Например, полярное сияние розового, голубого, красного и фиолетового цветов может появиться благодаря молекулам азота, а также водорода и гелия. Но они встречаются ещё реже. Что касается времени сияния, то логичнее всего ждать его ночью. Северное сияние в миллион раз тусклее солнечного света, так что днём его не увидеть. Это также значит, что его сложнее увидеть летом, когда день длится дольше. Так что лучше всего сияние можно увидеть ночью, на севере, зимой.
И хорошо, если ночь будет безлунной и безоблачной. К тому же Солнце ведёт себя довольно непредсказуемо. Количество частиц и скорость, с которой они двигаются, могут меняться каждый день в зависимости от солнечной активности. Но, поскольку до Земли эти частицы добираются за несколько дней, появление полярного сияния можно предсказать за несколько суток. И да, для этого есть специальные приложения.
Оригинал статьи находится на нашем сайте - Fataktika.com
