Полярное сияние — одно из самых зрелищных явлений в природе. Это явление представляет собой сложный физический процесс, в котором участвуют Солнце, магнитное поле Земли и газы нашей атмосферы.
Северное сияние — это свечение верхних слоёв атмосферы, которое возникает, когда заряженные частицы (электроны и ионы) солнечного ветра попадают в магнитосферу Земли и направляются к полюсам по линиям магнитного поля.
Роль Солнца и солнечного ветра
Все начинается не на Земле, а за миллионы километров от нас — на Солнце. Наша звезда постоянно выбрасывает в космическое пространство поток заряженных частиц, состоящий преимущественно из электронов и протонов. Этот поток называют солнечным ветром.
Обычно солнечный ветер течет равномерно, но во время солнечных вспышек или выбросов корональной массы интенсивность этого потока резко возрастает. Огромные облака раскаленной плазмы устремляются в разные стороны, и если их траектория пересекается с Землей, возникает вероятность появления сияния.
Магнитосфера
Если бы Земля была шаром из камня, солнечный ветер просто сдувал бы нашу атмосферу в космос. Однако наша планета обладает мощным магнитным полем, которое создает вокруг нее невидимый защитный барьер— магнитосферу. Когда поток солнечных частиц сталкивается с магнитосферой, большинство из них отклоняются и огибают планету.
Однако магнитное поле Земли не является идеальной стеной. Оно имеет две «слабые точки» — северный и южный магнитные полюса. Именно там силовые линии магнитного поля входят в атмосферу почти вертикально, создавая своего рода воронки. Заряженные частицы солнечного ветра захватываются этими линиями и направляются прямо к полюсам. Это объясняет, почему сияния наблюдаются в определенных широтах: на севере их называют Северное сияние, а на юге — Южное сияние.
Столкновение в атмосфере и рождение света
Когда частицы солнечного ветра на огромной скорости влетают в верхние слои атмосферы (термосферу и ионосферу), они начинают сталкиваться с молекулами газов, в основном с кислородом и азотом. В момент столкновения частица солнечного ветра передает свою энергию атому газа, переводя его в «возбужденное состояние».
Атомы не могут долго находиться в таком состоянии и стремятся вернуться в обычное, стабильное состояние. Чтобы сбросить излишек энергии, атом выбрасывает квант света — фотон. Когда миллиарды таких столкновений происходят одновременно, в небе можно увидеть переливающиеся полосы, спирали света. По сути, полярное сияние — это результат огромного количества микроскопических вспышек света в верхних слоях атмосферы.
Почему сияние бывает разного цвета
Цвет сияния зависит от того, с каким именно газом столкнулись частицы Солнца и на какой высоте это произошло. Это своего рода химический индикатор состава нашей атмосферы.
Самый распространенный цвет — зеленый. Он возникает при столкновении частиц с атомами кислорода на высоте примерно от 100 до 200 километров.
Редкие красные сияния также вызываются кислородом, но происходят гораздо выше — на высоте более 300 километров, где плотность газа ниже.
Фиолетовые, синие оттенки появляются при взаимодействии солнечного ветра с молекулами азота. Эти цвета обычно видны только при очень сильных магнитных бурях.
Пик активности сияний совпадает с солнечным циклом, который длится примерно 11 лет. В моменты «солнечного максимума » вспышки происходят чаще, и сияния становятся более яркими и смещаются дальше на юг (в случае Северного сияния). Самое подходящее время для «охоты» за сиянием — период с сентября по март, когда ночи в полярных регионах становятся достаточно длинными и темными.
Почему сияние меняет форму
Частицы приходят волнами и неодинаково распределяются по магнитному полю. Плюс верхняя атмосфера и интенсивность процессов меняются со временем.
Частые вопросы про северное сияние
Почему оно бывает разного цвета?
Потому что разные газы на разных высотах излучают свет на разных длинах волн.
Можно ли увидеть сияние из города?
В целом шанс ниже, но иногда это всё же возможно.
Всегда ли северное сияние зелёное?
Нет. Оно может быть зелёным, красным, синим и с фиолетовыми оттенками (или другого цвета).