Полярное сияние

Что такое Полярное сияние

Полярное сияние — электрическое свечение верхних разреженных слоев атмосферы Земли, которое возникает в результате соударения заряженных солнечных частиц и газов в атмосфере…

Сияние, представляет из себя поистине завораживающее зрелище: цветные дуги, лучи, пятна, кольца, вихри, которые быстро передвигаются по воздуху, переливаясь разными цветами. Порой движение и игра цветами этого невероятного природного калейдоскопа может продолжаться от десятков минут до нескольких суток. Обычно, полярное сияние возможно наблюдать на высоте от 80 до 1000 км. Высота появления и цвет небесного свечения зависят от состава атмосферы.

Более яркими и интенсивными для земной атмосферы являются зеленое или красное свечение кислорода и фиолетовое азота. Вместе эти газы могут создавать невероятные сочетания, начиная с высоты приблизительно в 100 км, а на высоте больше 200-400 км основным осветительным элементом будет выступать уже один кислород.


В истории

Еще не так давно в течении многих столетий это уникальное природное явление вызывало у человека суеверный страх или благоговейный трепет. Для древнего викинга полярное сияние было ликом его верховного бога Одина и считалось благоприятным знамением. Жители Гренландии верят в то, что в сполохах полярного сияния находятся души их предков, которые живут после смерти на небесах.

Природа явления

В наше время ученые знают о природе полярного сияния, его научились создавать искусственно и детально классифицировать.

Общеизвестный факт, что от Солнца во все стороны, вместе с волнами электромагнитного излучения, распространяются на огромной скорости потоки электрически заряженных частиц (протонов и электронов), которые получили название солнечного ветра. Его взаимодействие с магнитным полем Земли приводит к повышенной концентрации заряженных частиц в зонах, окружающих геомагнитные полюсы Земли, что может объяснить то, почему именно в Арктике и Антарктике чаще всего наблюдается полярное сияние.

Сталкиваясь с атомами кислорода и азота, солнечные частицы приводят их в возбужденное состояние, то есть сообщают им электрический заряд, как результат, выделяется избыток энергии, молекулы воздушного вещества дают яркое световое излучение. Если замена электронов происходит в молекулах кислорода, излучение приобретает оттенки в зеленой и красной областях спектра, если в молекулах азота – сияние приобретает фиолетовый оттенок. Такого рода процессы могут происходить лишь в высоких слоях атмосферы, потому как в низких, более плотных слоях сталкивающиеся атомы и молекулы воздуха сразу же отнимают друг у друга энергию, полученную от солнечных частиц.

Если наблюдать с земной поверхности небесное свечение проявляется в виде общего быстро изменяющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей».

Раньше считали, что полярные сияния в северном и южном полушариях симметричны. Но одновременное наблюдение за полярным сиянием в мае 2001 г. из космоса со стороны северного и южного полюсов показало, что северное и южное сияние все-же отличаются друг от друга. 2016 год — обнаружили новый вид полярных сияний — фиолетового цвета. Его назвали Стив.

Когда у полярного сияния нет цвета

Временами можно наблюдать только свечение, которое не имеет цвета. Так происходит не из за особенностей природного явления. Все потому, что глаз человека не в состоянии улавливать цвета при слабом освещении. В сумерках в комнате человек видит все предметы черно-белыми. То же самое происходит когда наблюдают за небесным свечением: если оно недостаточно яркое, то человеческий глаз не будет улавливать цвета.

Активность полярного сияния

Появление небесного свечения, его частота и интенсивность зависят от определенных закономерностей. Максимальная активность полярного сияния на протяжении суток отмечается около 23.00, сезонный пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним промежутки времени: март-апрель и сентябрь-октябрь. Если взять более серьезные промежутки времени, то максимальные пики активности полярное сияния представляют из себя циклы, состоящие приблизительно из 27 дней и 11 лет, именно через эти временные промежутки небесного свечение возникает чаще обычного и, кроме северного и южного полюсов, оно наблюдается и в более низких широтах.

Эти циклы совпадают с периодами высокой активности магнитного поля нашей планеты, так называемыми «магнитными бурями». Магнитные бури, в свою очередь, связаны с солнечной активностью. 27 суток – это период вращения Солнца, а через каждые 11 лет на нем циклично повышается активность, которая выражается в появлении мощных групп пятен и сильных вспышек, как следствие этого увеличивается интенсивность солнечного ветра – основного фактора, который оказывает влияние на возникновение полярного сияния.

Каким бывает полярное сияние (классификация)
Группы

Сейчас по классификации, которая была составлена еще в 1963 г., полярные сияния делятся на три группы: лентообразные, диффузные и лучи.

• Лентообразные — к ним имеют отношения сияния в форме дуг и полос, с непрерывной нижней границей; дуги представляют из себя арку с правильным, резко очерченным нижним краем, полосы больше подвижны, чем дуги, нижний край у них неправильный, он содержит изгиб или складку. Лентообразное полярное сияние простирается в небе на тысячи километров по горизонтали и на сотни километров по вертикали, причем толщина их доходит лишь до несколько сот метров, из чего ученые сделали выводы, что данный тип полярных сияний вызывается узким электронным пучком. Зачастую лентообразные формы возникают в несколько ярусов, простирающихся один над другим через весь небосвод, что представляет собой невероятное и захватывающее зрелище.

• Диффузные — формы небесного свечения имеют вид пятен с нечеткими границами, похожих на облака, или вид вуали, представляющей из себя протяженное однородное свечение. Такие формы как правило появляются в зоне полярных сияний на последней стадии их развития.

• Лучи — представляют из себя узкие пучки света и расположены в небесном пространстве вдоль силовых линий магнитного поля нашей планеты, они бывают разной длины, могут располагаться тесно друг возле друга, а могут быть разбросанными по всему небосклону. Лучи часто можно наблюдать вместе с другими формами полярного сияния.

Структура. Степень активности

Полярное сияние различают также по структуре. Она бывает однородной, когда отсутствует внутренняя структура свечения, без видимых лучей, волокнистой, состоящей из беспорядочных полосок или волокон, располагающихся параллельно нижнему краю, или лучистой, как бы сотканной из массы отдельных, мерцающих лучей. Еще один элемент классификации полярных сияний – степень активности явления. Спокойные формы небесного свечения почти не изменяются или изменяются, но довольно медленно, тогда как активные формы подвержены быстрым изменениям во времени и пространстве, они как правило ярче спокойных.

Локальные особенности

Имеется еще несколько локальных особенностей полярного сияния, которые приводят к отклонениям явления от общих закономерностей. Так, ученые выявили влияние береговой линии на морфологию такого явления – сияние над морем обладает большой подвижностью, а интенсивность его над островами, мелями и в районах опреснения морских вод в заметной степени уменьшается. Кроме этого, береговая линия оказывает влияние и на высоту полярного сияния: вблизи берега она минимальна, но повышается как в сторону моря, так и в сторону суши.

Учеными еще не до конца изучены такие закономерности, и единственным объяснением «берегового эффекта» в наши дни остается взаимодействие переменного тока в сияниях с токами, наведенными в море. Еще одна локальная особенность небесного свечения это неравномерность их распределения, постоянная во времени, то есть не зависящая от уровня геомагнитной активности. Области максимальной и минимальной плотности и частоты возникновения полярных сияний сопоставили с картами геомагнитного поля, как результат области наибольшего сосредоточения сияний совпали с районами магнитных аномалий. Большую активность небесные свечения проявляют в зоне Восточно-Сибирской магнитной аномалии.

Искусственное полярное сияние

При помощи радиолокации можно следить за движением полярного сияния даже при солнечном свете, точно определять высоту и протяженность этого явления. Еще в 1985 г. советские и французские ученые провели успешный эксперимент по созданию искусственного полярного сияния, который получил название «Араке». Такого рода экспериментов было проведено еще много, они помогли досконально изучить механизм возникновения небесного свечения, дали дополнительные возможности по изучению магнитного поля нашей планеты, солнечного излучения, процессов, которые происходят в ионосфере, и влияние этих процессов на погоду вблизи поверхности Земли.