Полярное сияние: солнечный ветер, авроральный овал и эксперименты ученых, декабрь 2018 года

С конца октября-начала ноября 2018 года начался очередной сезон полярных (северных) сияний, который закончится в марте 2019 года; на небе удивительное явление появляется с 21 часа по местному времени.

Чего не видят люди?

Облака и туман, гром и молния - это проявление природы на материальном/физическом уровне. Облака и туман мы видим засчет скопления в газообразном состоянии молекул воды. Мы не можем увидеть электричество, а можем увидеть проявления в виде молнии на небесном полотне. А звук? Мы ведь не можем увидеть "то", из чего он состоит, а лишь замираем на мгновение при виде размашистой молнии, а после слышим ее "величие".

Поговорим о полярном сиянии

Полярное сияние, Aurora Borealis (северное сияние), Aurora Australis (южное сияние), пазори, сполохи — все это названия одного и того же яркого и раскатистого явления.

Полярное сияние - это поток заряженный частиц исходящих из Солнца (солнечный ветер), который проявляется свечением (фотон) благодаря столкновению этих заряженных частиц (электрон) с верхними слоями земной атмосферы (атом газа) в приполярных районах, передавая им часть энергии. Атом газа переходит в возбужденное состояние, выделяет энергию - фотон определенной длины волны, который уже улавливает человеческий глаз.

Происходит сияние, как мы уже поняли, по "инициативе" Солнца циклично на период вращения последнего вокруг своей оси (27 суток) и засчет колебаний солнечной активности с периодом 11 лет.

Почему и где?

Области проявления полярных сияний объясняются действием магнитного поля Земли. (Краткая вставка: именно благодаря магнитному полю на Земле существует жизнь. Если бы магнитное поле отсутствовало, то потоки частиц из космоса просто бы выжгли все на ее поверхности). Если бы его не было, свечение было бы над любым континентом или над поверхностью Мирового океана. Но наталкиваясь на силовые линии магнитного поля, солнечный ветер огибает нашу планету. Эти области получили название авроральных овалов или пояс северного сияния. Диаметр колец колеблется в пределах 2000 —3000 км, смещенных на ночную сторону Земли, с центрами в магнитных полюсах планеты. Они не совпадают с географическими полюсами: так, северный магнитный полюс с начала XVII века находится на севере Канады и движется в сторону России.

Географически наиболее часто полярные сияния возникают в Северном полушарии (наиболее часто выше 70° с.ш.) - на юге Гренландии и Исландии, на севере Скандинавского полуострова и арктическом побережье Сибири. В Южном полушарии - на острове Тасмания или южной оконечности Новой Зеландии.

При магнитных бурях или мощных вспышках на Солнце — область возникновения полярных сияний явно смещается на юг. Длительное время бытовало мнение, что сияния в Южном и Северном полушарии происходят одновременно и симметрично. Но в 2001 г. удалось провести одновременное наблюдение полярных регионов из космоса, и оказалось, что сияния в Арктике и Антарктике живут своей особой жизнью, и мало похожи друг на друга.

Земля не единственная планета Солнечной системы, где наблюдаются полярные сияния. Не только у Земли имеются условия для возникновения этого явления — магнитного поля и воздушной оболочки. Наблюдать и исследовать внеземные полярные сияния на Юпитере, Сатурне, Марсе стало возможным в последние десятилетия, когда в распоряжении ученых появились орбитальные телескопы и межпланетные станции.

Палитра цветов

Сияния на небосводе переливаются желтыми и зелеными, синими и голубыми, красными и фиолетовыми красками. А зависит это от того, с каким именно газом реагируют электроны – с кислородом или азотом.

Азот обычно имеет синеватый оттенок, в то время как кислород светится зелено-желтым и иногда красным. А вот водород порождает вспышки ультрафиолета, вообще неразличимые невооруженным глазом. На других планетах, где атмосферы по большей части состоят из соединений водорода, человек без специальных приборов просто не смог бы увидеть такое зрелище.

Интенсивность свечения определяется по специальной международной шкале с градацией от I до IV баллов. Полярные сияния с низкой интенсивностью свечения (в I, II, реже III балла) обладают цветовой интенсивностью ниже порога восприятия цвета человеческим глазом. Такие полярные сияния кажутся нам бесцветными. Начиная с верхней границы III-х балловой отметки и дальше до IV, полярные сияния воспринимаются нами в цвете.

По цветовому спектру можно определить, на какой высоте происходит явление. Обычно диапазон действия колеблется от 80 км до 1000 км над поверхностью Земли.

Энергия, которая выделяется при полярном сиянии, сопоставима с той, что высвобождается при землетрясении магнитудой в 5,0—6,0. Но человек на физическом уровне данное явление не ощущает, поэтому полярное сияние относится к безобидному проявлению природы.

В зависимости от стечения многих природных факторов и человеческой фантазии сияния принимают вид гигантских занавесов, короны, лучей. Они могут быть динамичными, а могут быть и статичными.

Звуки сияния

Некоторые наблюдатели отмечают, что интенсивные полярные сияния сопровождаются свистящими звуками, щелчками и легким треском. Так, ученым из финского института Аальто в 2012 году удалось зарегистрировать легкие хлопки во время свечения атмосферы, однако они не поспешили однозначно связывать записанные звуки с сиянием.

Вероятность возникновения

Чтобы оценить вероятность возникновения сияний, используют несколько индексов и параметров. В первую очередь, это K-индекс — отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Его измеряют на 13 специальных геомагнитных обсерваториях. Индекс принимает значения от 0 до 9, где 0 — минимальная солнечная активность, 9 — сильнейшая магнитная буря, которая случается не больше четырех раз за 11-летний цикл.

На сервисах, которые прогнозируют сияния, также используют Kp-индекс. Приставка «p» означает «planetary», то есть это K-индекс, рассчитанный в среднем по планете

Эксперимент

Полярное сияние можно вызвать и искусственным путем. Так, например, в 1975 году Советский Союз и Франция провели эксперимент под названием ARAKS (Artificial Radiation and Auroral Kerguelen — Soviet Union; Искусственная радиация и полярное сияние (Кергелен — Советский Союз)). С архипелага Кергелен в Индийском океане ученые запустили ускоритель частиц, который на высоте нескольких сотен километров испускал электроны. Двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля Земли, эти электроны попали в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Архангельской областью. Погода не позволила наблюдать явление с поверхности Земли, но оно было зарегистрировано приборами.

Полярные сияния можно смоделировать даже в небольшой лаборатории. Французские ученые создали специальное устройство, которое имитирует условия в атмосфере Земли на высоте 80 километров — магнитные поля, потоки заряженных частиц, радиационные пояса и бедный кислородом разреженный воздух. С помощью установки можно воссоздать сияния, возникающие не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет.

МЕЖДУНАРОДНАЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

Если вы стали свидетелем необычных климатических явлений или происшествий, если вы – ученый, который понимает важность вклада в развитие наук, связанных с климатом, если вы просто небезразличный человек, независимый исследователь, осознающий, что климатическая ситуация в мире стремительно меняется - тогда данная онлайн-площадка для вас. Присоединяйтесь к участию в конференции, где вклад каждого человека принесет результаты.

ДЛЯ УЧАСТИЯ В ОНЛАЙН КОНФЕРЕНЦИИ В КАЧЕСТВЕ СЛУШАТЕЛЯ, ОЧЕВИДЦА ИЛИ ДОКЛАДЧИКА,
ПОЖАЛУЙСТА, ЗАРЕГИСТРИРУЙТЕСЬ ЗДЕСЬ.

Онлайн-конференция будет проходить в программе zoom.us, точная ссылка будет сообщена участникам и докладчикам после регистрации.

Контактный e-mail: [email protected]
Страница конференции: https://geocenter.info/pages/conference