Полярные сияния
Откуда берутся полярные сияния: частицы Солнца, магнитное поле Земли, цвета от кислорода и азота, овал сияний и сияния на других планетах.
Полярное сияние — свечение верхней атмосферы Земли, которое возникает, когда заряженные частицы из магнитосферы налетают на молекулы воздуха. Оно связано с Солнцем и магнитным полем планеты, и потому его можно предсказывать почти как погоду.
Как возникает сияние
Источником энергии служит Солнце. Солнечный ветер сжимает и растягивает магнитосферу Земли, и в её ночном хвосте электроны ускоряются, а затем движутся вдоль силовых линий магнитного поля к полярным областям. Там они сталкиваются с атомами и молекулами кислорода и азота, переводят их в возбуждённое состояние, а те при возвращении отдают избыток энергии светом. Так же светится неон в трубке. Сияние обычно образуется на высотах от 80 до 500 километров.
Почему сияния разного цвета
Цвет зависит от газа и высоты, на которой произошло столкновение: - зелёный — атомарный кислород на высоте около 100–150 км (линия 557,7 нм); это самый частый цвет; - красный — атомарный кислород выше 200 км, где воздух разрежен и возбуждённый атом успевает «дожить» до излучения (линия 630 нм); - синий и фиолетовый — молекулы азота, чаще у нижней кромки «занавесей».
Фиолетовые и розовые оттенки по краям возникают от смешения этих линий. Зелёный свет к тому же лучше всего воспринимается глазом в сумерках, поэтому красные и синие сияния часто видны слабее, чем на фотографии с долгой выдержкой.
Где и когда видно
Сияния возникают не точно над полюсом, а в кольце вокруг магнитного полюса — овале сияний. Лучше всего их видно между 60° и 75° геомагнитной широты: там они бывают больше чем в половину ночей в году. Во время сильных магнитных бурь овал расширяется к экватору, и сияния видны в Европе, Азии и США. Так, в мае 2024 года сильнейшая за много лет буря показала сияния далеко на юге, вплоть до Ирана. На севере Скандинавии, Аляске и в Канаде сияния — обычное явление, на юге — редкость.
Предсказывают их так же, как магнитные бури: по данным о Солнце и солнечном ветре. Интенсивность оценивают индексом Kp от 0 до 9: чем он выше, тем дальше от полюса видно сияние. Частота сильных сияний растёт к максимуму цикла солнечной активности. Вспышка, которую зафиксировал Кэррингтон в 1859 году, вызвала сияния даже в тропиках («Вспышка 1859 года»).
Сияния бывают и у южного полюса: северное называют северным (лат. aurora borealis), южное — южным (aurora australis). Слово «аврора» по имени римской богини утренней зари употреблял Галилей в 1619 году.
Сияния на других планетах
Сияния есть не только на Земле: для них достаточно атмосферы и магнитного поля, а часто и источника частиц. - Юпитер и Сатурн обладают магнитным полем сильнее земного. У Юпитера сияние питается частицами из района спутника Ио («Юпитер»), у Сатурна, по-видимому, солнечным ветром («Сатурн»). Значительная часть излучения приходится на ультрафиолет, поэтому такие сияния снимают космические телескопы. - Уран и Нептун тоже обладают сияниями («Уран», «Нептун»). - Марс не имеет глобального магнитного поля, но в 2004 году аппарат Mars Express зарегистрировал локальное сияние над участком коры с остаточной намагниченностью («Марс»). - Спутник Юпитера Ганимед — единственный спутник с собственным магнитным полем, у него тоже есть сияния («Ганимед»).