ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КРАСНЫХ СИЯНИЙ, ВИДИМЫХ ИЗ ЮЖНЫХ ШИРОТ, И НЕ ТОЛЬКО.

ЧАСТЬ 1. ВЫСОТА СИЯНИЙ.

Хотел бы поделиться практически отсутствующей в русскоязычном сегменте интернета рекомендацией по методологии определения приблизительной высоты красных субполярных сияний (высокие красные сияния высотой 250 км+), видимых в Южных широтах, на примере Ростова-на-Дону 10 октября 2024 года, при условии наличия информации об угловой высоте сияния и расположении аврорального круга.

Расширение аврорального круга в зависимости от силы магнитной бури, где КР-9 - экстремальная магнитная буря.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛАДКИ

1. Нужно определить угол между горизонтом и краем полярного сияния на момент съемки. В рассматриваемом случае нам могут помочь звезды Большой Медведицы. Сияние чуть выше звезд Ковша, а это около около 20°;

2. Нужно узнать, где находилась граница полярного сияния. Для этого можно использовать либо расчетные данные, либо спутниковые. В ночь на 11 октября граница аврорального круга проходила около Москвы, то есть 56°. Координаты наблюдателя 47°.Рассчитаем разницу. Она составит 9°;

3. Далее воспользоваться формулой из работы "The low latitude aurora borealis of 1789 from Mexico records".

https://www.researchgate.net/publication/351557066_The_low_latitude_aurora_borealis_of_1789_from_Mexico_records

Тут h - искомая высота, R - радиус Земли (6370 км),

Пи/2 = 90°, f - угол сияния, у нас он около 20°,

b - бета - угловая разница между границей аврорального круга и наблюдателем, у нас он около 9°;

4. Получаем высоту красного субполярного сияния (тип D) для даты: h =~512 км. Высота обычного зеленого сияния, как правило, составляет 100-150 км.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВЫКЛАДКИ

Граница аврорального круга в спокойном состоянии находится за широтой 70°.

Спокойная магнитная обстановка и сильная буря. Красный цвет - интенсивность, а не цвет сияния. Но это почти одно и тоже. Чем интенсивнее сияние, тем больше красного цвета там присутствует.

При сильном геомагнитном возмущении воздействию ливня частиц подвергаются даже крайне редкие атомы кислорода в верхней атмосфере, при этом из-за опускания аврорального круга атмосфера начинает светиться над субполярными и умеренными районами ярким красным цветом (длина волны излучаемого света 630 нанометров).

Граница арорального круга. Сравнение начало октября и 10-11 октября 2024 года.

Тут появляются высокие вертикальные чуть наклоненные столбы ( визуализация силовых линий магнитного поля Земли вдоль которых движутся частицы), которые могут становиться сильно различимыми в разряженной атмосфере для наблюдателя сбоку.

"До 400 км" - это средняя высота. Красные сияния могут быть и выше.

Высокие субполярные сияния известны со времен Древнего Китая, Рима и Вавилона ( вероятно, именно столбы описывались как свечи в небе) и являются типичным явление во время сильных и экстремальных геомагнитных бурь, когда в область магнитосферы попадает очень много заряженных частиц.

https://www.albany.edu/faculty/rgk/atm101/aurora.htm

Различают два основных типа сияний, видимых с Южных широт. Это тип А (красно-зеленое) и тип D (красное). Большинство людей, не знакомых с сияниями, как правило, знают только о типе С. Но этот тип в основном цвет сияний в обычных не экстремальных условиях в полярных регионах.

Тип А, как правило, виден в северных умеренных широтах в виде ярких красных столбов с зеленым основанием. Второй тип сияния может быть либо дискретным в виде красных столбов; диффузным, когда небо озаряется красным заревом без четких границ; и смешанным, когда сияние меняет вид. Красный цвет и высота - характерная особенность сияний, видимых из умеренных и тропических широт.

На фото#1, для которого рассчитывалась высота, смешанное сияние типа D, так как кроме пятна, там виден как минимум один сияющий столб. Переход сияния от дискретного к диффузному говорит о временном и (или) постепенном ослаблении энергетического воздействия на магнитосферу и атмосферу Земли.

Фото с полярным сиянием типа "С" в Финиксе, Аризона, которую удалось найти в интернете, довольно старая и является ФЕЙКОМ. Таких сияний тут быть не может, по крайней мере пока магнитные полюса не находятся в тропиках.

ЧАСТЬ 2. АВРОРАЛЬНЫЙ КРУГ

У некоторых людей, не знакомых с явлением расширения аврорального круга, возникала мысль, что видимость полярных сияний на юге обусловлена смещением полюсов. Но это не так. Как оказалось, расположение круга сияний, а соответственно его положение в момент бурь, зависит от положения геомагнитного полюса, а его движение отлично от движения магнитного полюса, так как в положении последнего могут играть роль внутренние магнитные аномалии.*

Магнитный полюс движется в сторону растущей Сибирской аномалии ( области с повышенной напряженности магнитного поля). Это не значит, авроральный овал смещается туда же с той же скоростью.

Если бы авроральный круг резко бы изменил свое положение из-за движения полюсов, то в первую очередь это проявилось бы в уменьшении зоны видимости сияний в Северной Америке, причем на постоянной основе, чего, конечно же, не наблюдается. Сияния видны тут южнее, чем в Европе до сих пор, хотя и не только во время сильных магнитных бурь ( были фото с гор Калифорнии и светочувствительных камер, что является особенностями наблюдателя).

Авроральный овал во время экстремальной бури весной 2024 года: 10-11 мая. Разные участки имеют разную яркость. Связано это с тем, что снимки сделаны в разное время и просто объеденены.

Из работы Secular Drift of the Auroral Ovals: How Fast Do They Actually Move? мы узнаем, что с 1965 (синий) по 2020 (красный) положение аврорального круга в дневное и ночное время изменилось незначительно, в отличие от положения магнитного полюса (ромбики), и больше подчинено смещению усредненного геомагнитного полюса (квадратики), который более подвержен глобальным изменениям поля.

Изменение положения полюсов и авроральных овалов/

Из работы AURORAL OVAL LONG-TERM CHANGES LINKED TO SECULAR VARIATIONS IN EARTH’S MAGNETIC FIELD AND GEOMAGNETIC ACTIVITY можно узнать, что изменение площади и положения аврорального круга значительно более подвержено изменению индекса геомагнитной активности Кр, что доказывает тот факт, что смещение зоны полярных сияний в данный момент времени связано именно с повышенной активностью Солнца в нынешнем 25 цикле.

Итак:

Магнитный полюс - место, где стрелка компаса показала бы вниз. Подвержен влиянию магнитных аномалий. В Северном полушарии полюс движется в сторону Сибирской аномалии.

Геомагнитный полюс - усредненное значение положения магнитного полюса. Движется не так быстро. Подвержен медленному изменению общего глобального поля. Круг полярных сияний (авроральный круг) медленно смещается в месте с ним.

ЧАСТЬ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАКЛОНА ПОЛЯРНЫХ СТОЛБОВ

Мы уже знаем высоту, до которой простирается сияние и видимые столбы. Это позволит оценить угол между ними и наблюдателем. Для этого определим наклонение силовых линий магнитного поля над границей аврорального круга во время бури ( угол между стрелкой компаса и горизонтальной плоскостью) .

Столбы и силовые линии МП. Желтое полярное сияние появляется при наложении красного на зеленый цвета.

Для этого нам нужна геомагнитная широта (англ. MLAT, сокр. от magnetic latitude), а не географическая.

Геомагнитная широта. Геомагнитный полюс смещен к Северной Америке.

Они отличаются, потому что отличается положение геомагнитного и географического полюса, а значит и отличается координатная сетка. Для Москвы геомагнитная широта равна около 52°, для РНД 43°.

Наклонение для этой широты составит для высоты около 500 км около 72°. Это и есть угол, при котором частицы входят в атмосферу, что мы визуально видим как столбы. Таким образом, угол столбов для геомагнитной широты 43° составит 72° - (52°-43°) =61°.

Видимость столбов в С.А и Европе.

Спускаясь к югу, они будут превращаться в диффузное сияние.

Полярные столбы, видимые из Аризоны.

Вблизи магнитных полюсов на уровне земли наклонение стремится к углу в 90°, но не равно ему, а на высоте тем более. Именно тот факт, что силовые линии поля почти перпендикулярны атмосфере, приводит к бомбардировке атмосферных газов частицами и полярному сиянию. Так, например, над магнитным экватором наклонение равно нулю.

Столбы: самолет/ МКС.

А значит привычных полярных сияний тут быть не может (над тропиками могут возникать дуги как особый тип свечения атмосферы, чуть отличающиеся своей природой), так как частицы движутся не в атмосферу, а вдоль нее по линиям магнитного поля в сторону аврорального круга, где они пересекут атмосферу.

Структура сияния по высоте:

РЕКОМЕНДОВАНО К ПРОЧТЕНИЮ: