От Галилея до наших дней: разгадывая секреты полярного сияния
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.
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
