Полярные сияния вызывает солнечный ветер, сталкивающийся с другими частицами в верхних слоях атмосферы Земли. Частота и интенсивность полярных сияний связана с активностью Солнца, которое следует своему 11-летнему циклу. Ближайший максимум активности в 2025 году, и уже к 2023-му полярные сияния участились — даже на широтах, где обычно их не наблюдают.
Что думали древние?
Полярные сияния видели и в древности, и конечно, пытались как-то объяснить. Первые научные предположения относят к началу XVII века. Так, ученый-астроном Галилео Галилей в 1619 году предположил, что мы видим просто освещенный солнцем воздух, поднимающийся из земной тени, а Рене Декарт думал, что это отражения от высоких ледяных гор.
В 1716 году английский астроном Эдмунд Галлей первым предположил возможную связь с магнитным полем Земли. В 1731 году французский философ Жан-Жак д’Орту де Меран заметил совпадение между количеством солнечных пятен и полярным сиянием. Он предположил, что полярное сияние связано с атмосферой Солнца.
Связь между активностью на Солнце и полярными сияниями на Земле, породила науку гелиофизику и предсказания «космической погоды».
Магнитное поле Земли как ловушка для частиц
Магнитосферу Земли обычно изображают как «пузырь», который защищает Землю от космического излучения и отражает бОльшую часть солнечного ветра. Однако редко говорят о том, что магнитное поле Земли содержит собственные электрически заряженные частицы. Они движутся вдоль линий магнитного поля.
Поле Земли похоже на стандартный «двупольный» магнит — силовые линии собираются вблизи полюсов.
В спокойных и стабильных условиях большинство частиц в магнитосфере благополучно перемещаются между южным и северным магнитными полюсами. Однако, если выброс корональной массы Солнца наносит магнитосфере удар, последняя возмущается.
Частицы ускоряются, магнитное поле колеблется. Частицы, которые спокойно текли между севером и югом, теперь смещаются на более низкие высоты, где атмосфера Земли более плотная.
В результате заряженные частицы в полярных регионах сталкиваются с атмосферными. Это называется «осаждением частиц». При каждом столкновении энергия передается атмосферным частицам, возбуждая их и заставляя светиться.
Почему полярное сияние бывает разных цветов?
Полярное сияние бывает самых разных цветов. Наиболее распространены зеленый и красный — это результат свечения частиц кислорода в верхних слоях атмосферы. Зеленые полярные сияния рождаются на высоте около 100 км над поверхностью Земли, красные — выше 200 км. Оттенки синего дает азот. Розовый, фиолетовый, белый — результат смешения излучений разных частиц.
На фотографиях полярное сияние выглядит более ярким, потому что камеры более чувствительны к цвету ночью, чем человеческий глаз.
Топ-10 необычных атмосферных явлений Где можно наблюдать полярное сияние и когда?
Даже в условиях спокойной космической погоды полярное сияние может быть очень заметным в высоких широтах, в Арктике и Антарктиде. Когда происходит геомагнитная буря, аврора бореалис может мигрировать в гораздо более низкие широты. Чем мощнее буря — тем шире наблюдается сияние.
Итак, если вам интересно наблюдать полярные сияния, следите за прогнозами космической погоды (или переезжайте в Арктику). В интернете существуют целые сообщества охотников за авророй, и, учитывая, что Солнце наращивает активность, в ближайшие годы оно порадует жителей Земли мощными бурями.
По материалам статьи Элизабет Макдональд, доцента Мельбурнского технологического института Бретт Картер, астрофизика НАСА, Conversation
Почему полярное сияние можно считать грозной приметой?
Почему Луна иногда большая, а иногда маленькая?
Почему белые медведи не живут в Антарктиде, а пингвины — в Арктике?