какое свойство есть у северного сияния
Вся правда о северном сиянии
Викинги верили, что северное сияние — это блеск небесного чертога, куда попадают павшие в бою воины. Исландцы думали, что на небе танцуют эльфы. А саамы колебались между искрами, появившимися после взмаха лисьего хвоста, и весточкой из мира мертвых. А на самом деле все и проще, и сложнее.
Что такое северное сияние
Сейчас мы знаем, что северное сияние (его еще называют полярным сиянием, а по-научному — aurora borealis) — это свечение верхних слоев атмосферы. Оно возникает благодаря их взаимодействию с протонами и электронами солнечного ветра.
Это было доказано ранее, но в 2018 году ученые Японского агентства аэрокосмических исследований воочию увидели, как через магнитосферу Земли проходит поток электронов. Сделать это удалось с помощью специального датчика. Это и было северное сияние.
Почему северное сияние именно такого цвета? Когда частицы достигают уровня 400–100 км над уровнем моря, они возбуждают атомы азота и кислорода и небо меняет цвет. Каким он будет, зависит от высоты и состава атмосферы: за фиолетовый и синий отвечает азот, за зеленый — кислород.
Иногда аврора внезапно становится ярче, и это явление называют распадом полярного сияния
Японские ученые установили, что причиной распада полярного сияния являются плазменные вихри в околоземном космическом пространстве. А в 2018 году профессор Хельсинского университета Минна Палмрот обратила внимание, что иногда свечение напоминает песчаные дюны. Исследование показало, что такое возможно на высоте от 80 до 120 км из-за увеличения плотности атомов кислорода.
Цвет северного сияния зависит от состава атмосферы. За фиолетовый и синий отвечает азот, за зеленый — кислород
Ранее финские ученые доказали, что северное сияние имеет звуковое сопровождение. Правда, услышать его можно только в морозную и безветренную погоду. Поднимаясь вверх, теплый воздух сталкивается с более холодными слоями атмосферы, несущими отрицательный заряд. И образуется своего рода купол, препятствующий движению частиц. Они теряют заряд, и переливы на небосводе сопровождает аккомпанемент.
Где бывает северное сияние
В основном северное сияние возникает в высоких широтах, вблизи магнитных полюсов Земли: на севере России, в Норвегии, Канаде. А у каждого домика финской гостиницы Arctic Snow есть стеклянная крыша с подогревом, позволяющая любоваться явлением, не покидая постель. Остается ждать. Как долго — не угадаешь. В попытке предсказать северное сияние наблюдают за солнцем, погодой, строят прогнозы геомагнитных бурь, но стопроцентной гарантии не дает никто. Тем не менее каждую зиму в северные регионы устремляются туристы, желающие увидеть капризный феномен и показать северное сияние детям.
Когда лучше всего наблюдать северное сияние
Появление авроры бореалис зависит не от сезона, а от солнечных бурь, и северное сияние бывает даже летом, лучшим периодом для «охоты» считаются месяцы с сентября до конца марта. Ярче всего небо пылает с полуночи до 3 часов ночи, днем переливы забивает солнечный свет.
Во времена солнечной активности увидеть аврору можно и в более низких широтах. Например, на новозеландском острове Стюарт регулярно фиксируют южное полярное сияние — брата-близнеца северного. А 17 марта 2015 года, благодаря сильнейшей магнитной буре, полюбоваться пылающим небом смогли жители Центральной России.
Где еще встречается полярное сияние
Земля — не единственная планета Солнечной системы, где встречается полярное сияние. У Юпитера оно примерно в тысячу раз сильнее. Почему — выяснила В 2019 году международная группа ученых с помощью данных космического корабля НАСА «Юнона». Земля меньше, имеет более слабое магнитное поле и вращается медленнее. Зафиксирована аврора и у других планет. Не повезло Меркурию: из-за близости к Солнцу он лишился атмосферы, и заряженным частицам не с чем взаимодействовать.
А можно создать северное сияние. самим?
Северного сияния не обязательно дожидаться. Его можно вызвать искусственным путем. Это доказали советские и французские ученые еще в 1975 году. Они запустили с архипелага Кергелен в Индийском океане ускоритель частиц, испускающий электроны на высоте нескольких сотен километров, и те, двигаясь вдоль магнитного поля, попали в Северное полушарие. Если бы не ненастье, жители Архангельской области наблюдали бы полярное сияние. Приборы его зафиксировали.
Вызвать северное сияние можно даже в лаборатории
Позднее французские ученые создали устройство, имитирующее условия в атмосфере Земли на высоте 80 км. Теперь вызвать северное сияние можно даже в лаборатории.
Впрочем, с реальным явлением оно не сравнится. Почитайте наши репортажи о северном сиянии в поселке Териберка, а также об авроре, увиденной из самолета.
О природе полярного сияния
КУЗНЕЦОВ А.И., КУЗНЕЦОВ А.Р.
Считаем, что это также нельзя назвать основой полярного сияния, которое наблюдается и без вспышек на Солнце. Кроме того, вспышки бывают и в летнее время, когда сияния практически почти отсутствуют. Видимый глазу солнечный ветер от вспышек в большей степени доступен для наблюдения на освещенном Солнцем полушарии Земли, а полярное сияние наоборот только на теневой ее стороне, и то не везде. Отговорка, что сияние можно увидеть только в темноте не может служить оправданием. Доказательством того, что цветовые солнечные эффекты можно наблюдать не только ночью, но и в светлое время суток являются утренняя и вечерняя зоря (микроаналог полярного сияния), а также радуга.
Долгое время ученые пытались понять, почему потоки солнечного ветра вызывают на разных полюсах Земли отличные друг от друга сияния. Они считали, что «Полярное сияние — это «солнечный ветер», прорыв заряженных частиц, испускаемых Солнцем, сквозь магнитное поле нашей планеты. Поскольку эти частицы движутся вдоль симметричных линий внутри поля, связывающего северный и южный полюса, напрашивается логичный вывод о том, что они будут зеркально отражать друг друга. Однако в 2009 году были зафиксированы два одновременных сияния на обоих полюсах — и они отличались друг от друга. Для анализа отобрали 10 асимметричных изображений, снятых одновременно на обоих полюсах. Результаты опубликованы в Geophysical Research: Space Physics» [2, с. 1].
Северное сияние можно наблюдать в период с сентября по март месяц. Однако, принято считать, что наиболее вероятно его появление с ноября по февраль. Это объясняется тем, что в северных широтах в этот период продолжительность темного времени суток достигает 20 часов. Это позволяет более отчетливо наблюдать сияния даже небольшой интенсивности.
Современные учёные считают, что огни в небе вызваны столкновением электрически заряженных солнечных частиц и атомов кислорода и азота из нашей атмосферы. Энергия от их столкновения выделяется в виде света. Если это так, то сияние наблюдалось бы на большей территории, а не в отдельных районах Земли. Для того, чтобы свет достиг высоты хотя бы 80 км, не говоря уже о 1000 км, это излучение должно обладать энергией очень большой мощности. Это под силу только световым солнечным лучам. Атмосфера Земли на высоте 80-100 км сильно разрежена, а, следовательно, содержит незначительное количество атомов кислорода и азота, для того, чтобы вызвать столь мощное и продолжительное (от нескольких часов до нескольких дней) сияние. Необходимо учитывать, что выбросы на Солнце чаще носят кратковременный (залповый) характер.
Утверждение, что цвет полярного свечения определяется именно степенью возбуждения, молекул газа заряженными частицами солнечного ветра, т.е. кислород придает желтый и зеленый цвета, а азот – красный и фиолетовый, также сомнительно и маловероятно. Не понятно, почему в полярных сияниях почти всегда преобладает зеленый цвет кислорода, хотя содержание азота в атмосфере почти в 4 раза больше. Кроме того, молекулы кислорода и азота распределены в атмосфере более-менее равномерно, а, следовательно, их свечение также должно носить равномерный характер. Полярное сияние наоборот имеет различные оттенки, и его «рисунок» во время наблюдения непрерывно меняется.
Научное объяснение всех этих явлений отсутствует. Неизвестен точно механизм ускорения частиц до указанных энергий, не вполне ясны их траектории в околоземном пространстве, не все сходится количественно в энергетическом балансе ионизации и возбуждения частиц, не вполне ясен механизм образования свечения различных видов, неясно происхождение звуков [3, с. 1].
Хотя электрическое происхождение полярных сияний в настоящее время стоит вне всякого сомнения, большинству ясно, что это объяснение носит поверхностный характер. В настоящее время накоплено большое количество материала, позволяющего опровергнуть эту теорию и объяснить все происходящие явления. Постараемся объяснить правоту своих предположений и процессы, происходящие при полярном сияния, опираясь на результаты многочисленных наблюдений и имеющихся научных положений.
Правильное заключение этому явлению очевидно дал еще Галилео Галилей, который высказал мнение, что оно возникает в результате преломления солнечного света в атмосфере [1, с. 1].
Мы придерживаемся аналогичного мнения и считаем, что полярные сияния имеют чисто оптический характер, и в их основе лежит цветовой спектр видимых лучей Солнца. Возникновению цветовых эффектов в значительной мере способствует чистота и разрежённость атмосферы, а также наличие низких температур в этих районах.
Доказано, что в обычных условиях исходящий от Солнца свет со средним значением длины волны спектра излучения около 500 нм мы воспринимаем как белый цвет. В атмосфере Земли коротковолновая часть спектра рассеивается и поглощается, и ее значение вблизи земной поверхности сдвигается к 550 нм, что соответствует желтовато-зеленому цвету. Именно этот цвет является преобладающим для большинства наблюдаемых на Земле полярных сияний.
Основной причиной полярного сияния является то, что в то время, когда на северном или на южном полюсе царит зима, то длительное время Солнце находится ниже горизонта, и его лучи проходят через атмосферу Земли, т.е. наблюдается движение потока солнечных лучей в обратном направлении. Та часть из них, которая проходит через слой атмосферы, испытывает аналогичный эффект рассеивания и поглощения. Следовательно, за пределами атмосферы на высоте свыше 80 – 100 км, где наблюдаются полярные сияния, свет будет иметь примерно такой же желто-зеленый окрас. При этом возможны некоторые отклонения, как в одну, так и в другую сторону, из-за особенностей атмосферного слоя вблизи горизонта на данном участке.
Согласно многолетним наблюдениям весна и осень являются сезоном северных сияний. По причинам, до сих пор не до конца установленным, несколько недель до солнцестояния длится пик северных сияний. В период осеннего равноденствия, когда Земля и Солнце выстраиваются так же, как и весной, происходит второй всплеск активности полярных сияний. Установлено, что на весну и осень приходится вдвое больше сияний, чем на лето и зиму. Также в последнее время ученые установили, что полярные сияния более интенсивны у берегов океанов и морей.
Считаем, что основная причина этого заключается в свойственном этим периодам и местам колебаниям влагосодержания атмосферы. Как известно, по законам физики воздух при разных температурах может содержать различное максимальное количество воды (влажность). Весной и осенью, в период равноденствия, а также вблизи морей и океанов, повышение температуры в дневное время суток приводит к увеличению содержания влаги в атмосфере и образованию облаков. Облака переносятся ветрами на огромные расстояния, в результате чего осуществляется постоянный влагообмен между различными областями нашей планеты.
С наступлением сумерек температура понижается и, в соответствии с законами физики, идет обратный процесс снижения содержания влаги в атмосфере. При этом в облаках, происходит образование и выделение мельчайших ледяных кристалликов.
В отличии от капелек воды (которые отличаются только размером) ледяные кристаллы бывают разной формы и могут летать в воздухе разными способами: парить, вращаться, медленно падать и т.д. Всего физикам известно 17 форм кристаллов льда, образующихся в различных условиях. Однако на Земле большинство из них не встречаются. Ледяные кристаллики облака чаще всего имеют форму шестигранных призм-столбиков длиной порядка 0,1 мм и шестиугольных пластинок размером 0,1. 0,5 мм [4, с. 1].
В большинстве случаев северное сияние сопровождается ясным небом в верхних слоях атмосферы и наличием облачности вблизи горизонта. Очевидно, именно облака, а вернее содержащиеся в них кристаллики льда играют основную роль в образовании северного сияния и его многообразии.
Поскольку внутри облака, постоянно идут разнообразные процессы перемешивания слоев, с образованием завихрений, то льдинки непрерывно перемещаются и вращаются. Учитывая, что толщина слоя облаков составляет около километра, лучи Солнца, проходя через них, при встрече с ледяными кристалликами, из которых они состоят, испытывают многократное преломление и отражение во всевозможных направлениях. Доказано, что, когда солнечный свет преломляется и рассеивается на льдинках, в облаке присутствует зеленоватый оттенок.
Поскольку форма самого облака, а также его положение, плотность и толщина в объеме непрерывно меняются, то наблюдается постоянное изменение интенсивности цвета проходящих через него лучей, а, следовательно, картинки и цвета окраски отдельных зон сияния. Ослабление свечения сияния по высоте объясняется как за счет рассеяния и поглощения света в облаке, так и за счет снижения количества ледяных кристалликов по мере увеличения его высоты от поверхности Земли.
Разновидностью такого атмосферного явления считаются образующиеся в морозную погоду изморозь или ледяные иглы — твёрдые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе. Днём они сверкают в свете лучей солнца, ночью — в лучах луны или при свете фонарей. Чаще всего ледяные иглы образуются в ночное время и являются причиной красивых светящихся «столбов», идущих от источников света вверх в небо. Они наблюдаются чаще всего при ясном или малооблачном небе, иногда выпадают из перисто-слоистых или перистых облаков. Днем под действием лучей Солнца и при незначительном повышении температуры они быстро исчезают. Изморозь появляется при сильных и умеренных морозах, и, чаще всего, образуется ночью. Может наблюдаться с поздней осени до начала весны. Было установлено, что изморозь как природное явление имеет особую функцию – она обеспечивает подпитку слою векового льда в центральной части Антарктиды и ледников северного острова Новой Земли.
Таким образом, из выше приведенных данных следует, что скорее всего именно наличие в атмосфере Земли и в выше расположенных слоях льдинок также является одной из основных причин возникновения северного сияния во время сумерек, которые в приполярных районах длятся от двух часов до трех недель [5, с. 1].
При этом, не степень возбуждения молекул (атомов) кислорода и азота, а форма льдинок и их положение в пространстве обеспечивает многообразие цветовой гаммы полярного сияния. Дело в дисперсии — свойстве, при котором лед по-разному преломляет свет разного цвета (с различной длинной волны). Если средний коэффициенте преломления света льдом составляет 1,31, то для красного света показатель преломления меньше (1,307), а для фиолетового света будет 1,317. Углы преломления разноцветных лучей различаются незначительно, примерно на 1;. Если «вблизи» это практически не заметно, то при большом количестве преломлений и отражений в потоке льдинок, на больших расстояниях расхождение лучей (дисперсия) становится существенным (радуга, например) [4, с. 1].
Расположение цветов в радуге обычно всегда постоянно. Красный цвет главной радуги расположен на ее верхнем крае, фиолетовый – на нижнем. Между этими крайними цветами следуют друг за другом остальные цвета в такой же последовательности, как в солнечном спектре. В принципе в радуге никогда не бывают представлены все цвета спектра. Чаще всего в ней отсутствуют или слабо выражены синий, темно-синий и насыщенный чисто красный цвета. С увеличением размеров капель (кристаллов) происходит сужение цветных полос радуги, сами же цвета становятся более насыщенными [3, с. 2].
Утверждение, что чем сильнее вспышка на Солнце, тем ярче и продолжительнее сияние считаем верным. Однако, причина этого не в возбуждении молекул (атомов) кислорода и азота, а в увеличении интенсивности светового излучения.
Иногда во время северного сияния можно различить шорохи и потрескивание. Это явление пока не находит объяснения. Финские ученые связали появление звука с заряженными частицами, «застрявшими» в слое атмосферы, что служит причиной раздающихся шорохов и потрескиваний.
Думаем не в этом главная причина. Шорохи очевидно объясняются трением друг о друга опускающихся в атмосфере льдинок и ледяных игл, а потрескивание – их частичным разрушением при этом, а также от воздействия солнечных лучей и падения на землю. Подтверждением этому может служить потрескивание льда на речке и поскрипывание снега при ходьбе в морозный день. Это связано с процессом разрушения ледяных кристалликов (льдинок), выпавших из воздуха ночью на землю.
Таким образом, согласно проведенному анализу имеющихся результатов по наблюдению и изучению полярных сияний установлено:
— полярные сияния имеют не электрическое происхождение, а носят чисто оптический характер и возникают в результате преломления, отражения и рассеивания солнечного света в атмосфере;
— причиной их возникновения на полюсах является то, что зимой здесь Солнце значительное время находится ниже горизонта, его лучи направлены от поверхности Земли вверх. Проходя через атмосферу Земли, они испытывают эффект рассеивания и поглощения. Среднее значение длины волны спектра при этом сдвигается к 550 нм. Следовательно, за пределами атмосферы на высоте свыше 80 – 100 км, где наблюдаются полярные сияния, свет будет иметь желто-зеленый окрас;
— шорохи при полярном сиянии очевидно объясняются трением друг о друга опускающихся в атмосфере льдинок и ледяных игл, а потрескивание – их частичным разрушением при этом, а также от воздействия солнечных лучей и падения на землю.
Что такое северное сияние
Северное сияние – один из удивительных феноменов нашей планеты, который обычно можно увидеть в северных широтах. Но иногда его можно увидеть даже в Лондоне (где расположен знаменитый Тауэрский мост) или в штате Флорида. Более того сияние видно даже на самом юге Земли – в Антарктиде. Встречается этот феномен и на других планетах Солнечной системы: Марсе, Юпитере, Венере.
В России северное сияние можно увидеть на Кольском полуострове, в селе Териберка в Воркуте, Хатанге или в Якутии.
Северное сияние: что это такое
Полярное сияние (северное сияние) — свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.
Северное сияние – это тысячи разноцветных огоньков, зажигающихся на небе в темные ночи. Огни бывают самых разных форм и цветов: синие, желтые, красные, зеленые. За секунду темное небо окрашивается в яркие цвета и становится видно вокруг на многие километры как будто днем. Северное или полярное сияние уже тысячи лет удивляет и очаровывает людей, однако не все относятся к нему с восхищением, в легендах некоторых народов, о которых мы расскажем ниже, оно считалось дурным знаком.
Северное сияние: что это такое и как происходит
Давайте разберемся, что это такое северное сияние, которое удивляет и пугает людей, живущих возле северного и южного полюсов?
Загадку таинственных огней отгадал еще Михаил Ломоносов, решив, что здесь играет роль электричество. Чтобы подтвердить свою теорию, ученый через колбы, наполненные различными газами, пропустил ток. После опыта колбы засияли неповторимыми цветами.
Проще говоря, выброшенные нашим Солнцем заряженные частицы (солнечный ветер) заставляют воздух Земли переливаться разноцветными огнями.
Земля является для частиц магнитом, который образует магнитные поля из-за токов, возникшие при вращении ядра, в основе которого лежит железо. С помощью магнитного притяжения наша планета «ловит» пролетающий солнечный ветер и направляет его туда, где находятся магнитные полюса. Там солнечные частицы моментально притягиваются к ним, и от столкновения солнечного ветра с атмосферой, появляется энергия, преобразовывающаяся в свет, которая и образует северное сияние.
Северное сияние: легенды
С давних времен северное сияние связывали с разными таинственными и порой даже мистическими событиями. Одни народы считали, что небесный огонь приносит счастье, якобы у богов в это время праздники. Другие считали, что сильно разгневался бог огня и надо ожидать неприятностей. Давайте послушаем, что гласят про северное сияние легенды разных народов.
Норвежцы упоминают о мерцающем мосте, который временами появляется на небосводе, чтобы боги спустились на землю. Одни называли сияние огнями в руках валькирий, чьи доспехи начищены до блеска и от них возникает удивительное сияние. Другие рассказывали что огни – танец душ умерших девушек.
В рассказах древних финнов полярное сияние означает горящую огнём реку Ружу, которая разделяет мир мёртвых и мир живых.
Североамериканские эскимосы верят, что заставить заиграть небосвод разноцветными огнями можно свистом, а хлопнув в ладоши – немедленно погасить их.
Есть все основания предполагать, что именно благодаря сиянию и возникли мифы о драконах. Многие учёные считают, что битва Святого Георгия, который покровительствует всем англичанам, связана не с ужасным змеем, а с полярным сиянием!
Когда можно увидеть Северное сияние
Тем, кто хочет наверняка знать, когда можно увидеть северное сияние, стоит внимательно прочесть этот абзац. Его можно увидеть ясной, морозной ночью, при неполной луне, желательно вдали от города (чтобы не мешал свет фонарей). Полярное сияние появляется в основном с октября по январь и возникает на высоте от 80 и до 1000 километров над уровнем моря и длится от 1 часа до целых суток.
Чем агрессивнее ведёт себя Солнце, чем больше взрывов на нём происходит, тем дольше длится полярное сияние. Наиболее красивые сполохи можно увидеть раз в 11 лет (такова цикличность Солнца).
Северное сияние, фото которого всегда эффектны, чем-то напоминает закат (только в ночное время), но может также воплощаться в виде спиралей или дуг. Ширина цветной ленты вполне может превышать 160 км, длина – 1500 км.
Сам цвет полярного сияния зависит во многом как от того, с каким газом взаимодействует солнечный ветер, но и от высоты, где это произошло. Если газы атмосферы столкнулись на высоте более 150 км – цвет сияния будет красным, от 120 до 150 км – жёлто-зелёным, ниже 120 км – фиолетово-синим. Чаще северное сияние оказывается бледно-зелёным.
Кадры, полученные с космоса, подтвердили версию, что полярное сияние с южной стороны земного шара почти зеркально отображает это явление с северной стороны. Оно представляет собой кольца диаметром в 4000 км, которые опоясывают полюса.
Где можно увидеть Северное сияние?
Увидеть сияние в Средневековье, когда северный магнитный полюс находился восточнее, можно было не только в Скандинавии или на севере России, но даже на севере Китая.
Теперь увидеть северное сияние можно возле магнитных полюсов нашей планеты:
Северное сияние
Полярное сияние или аврора (Aurora Borealis) это естественное свечение (люминесценция) неба, которое хорошо видно, особенно, в высоких широтах, оно вызвано столкновением заряженных частиц с атомами в верхних слоях атмосферы (термосферы).
Общая информация
Как образуется полярное сияние? Заряженные частицы магнитосферы, которые она захватывает из солнечного ветра, направляются магнитным полем Земли в атмосферу. Большинство сияний происходят в регионах, известных как зоны полярных сияний, которые, как правило, располагаются на удалении 10-20 градусов от магнитного полюса, определяемого осью магнитного диполя Земли. Во время геомагнитной бури, эти зоны расширяются до более низких широт, так что появляется возможность увидеть полярное сияние в Москве.
Классификация
Северное сияние над озером
Полярное сияние как природное явление классифицируются на диффузное и точечное (дискретное). Диффузное выглядит как безликое свечение в небе, которое может быть не видно невооруженным глазом, даже в темную ночь. Точечные — различаются по яркости, от едва видимых невооруженным глазом, до достаточно ярких, настолько, чтобы читать газету в ночное время. Точечное северное сияние можно увидеть только на ночном небе, потому что оно не настолько яркое, чтобы стать заметным и днем. Полярное сияние на севере России известно, как северное полярное сияние.
Сияние в Центральном Иллинойсе
Северное сияние причины возникновения
Северное сияние возникает в стратосфере вблизи магнитного полюса, оно видно в виде зеленоватого свечения, иногда с примесями красного. Точечные полярные сияния часто демонстрируют линии магнитного поля, и могут изменять свою форму от нескольких секунд до нескольких часов. Когда можно увидеть северное сияние? Оно чаще всего происходит вблизи равноденствия.
Магнитное поле Земли и сияния тесно связаны. Магнитное поле Земли захватывает частицы солнечного ветра, многие из которых затем перемещаются по направлению к полюсам, где и сталкиваются с атмосферой Земли. Столкновения между этими ионами, атмосферными атомами и молекулами и приводит к выбросам энергии в виде свечения атмосферы, появляющихся в виде больших кругов вокруг полюсов. Аврора более яркая во время интенсивной фазы солнечного цикла, когда выбросы корональной массы многократно увеличивают интенсивность солнечного ветра. Полярное сияние на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне можно посмотреть в этой статье.
Южный полюс
Есть ли северное сияние на южном полюсе? Да, полярное сияние на южном полюсе, имеет те же особенности, которые почти идентичны северному. Есть ли северное сияние в Антарктиде, спросите вы? Да, их видно из высоких южных широт Антарктики, Южной Америки, Новой Зеландии и Австралии.
Как образуется северное сияние
Оно является результатом высвобождения фотонов в верхней части земной атмосферы, на высоте примерно 80 км. Молекулы азота и кислорода под действием заряженных солнечных частиц переходят в возбужденное состояние, а при переходе в основное состояние восстанавливается электрон и излучается квант света. Различные молекулы и атомы дают разный цвет свечения, например: кислород — зеленый или коричневато-красный, в зависимости от количества поглощенной энергии, азот синий или красный. Синий цвет азота возникает, если атом восстанавливает электрон ионизации, красный — при переходе в основное состояние из возбужденного.
Роль кислорода
Кислород является необычным элементом с точки зрения его возвращения в основное состояние: этот переход может занимать ¾ секунды, а излучать зеленый свет до двух минут, после чего он становится красным. Столкновения с другими атомами или молекулами поглощают энергию возбуждения и предотвращают излучение света. В верхних частях атмосферы процент кислорода низкий и такие столкновения достаточно редки, что дает время кислороду излучать красный квант света. Столкновения становятся более частыми по мере продвижения вглубь атмосферы, так что ближе к поверхности красное излучение не успевает образоваться, а у поверхности даже зеленое свечение прекращается.
Галерея изображений
Изображения авроры сегодня встречаются значительно чаще, в связи с ростом качества и доступности цифровых камер, которые имеют достаточно высокую чувствительность. Ниже представлена галерея наиболее впечатляющих снимков.
Солнечный ветер и магнитосфера
Земля постоянно погружена в потоки солнечного ветра — разреженного потока горячей плазмы (газ из свободных электронов и положительных ионов), испускаемых Солнцем во всех направлениях, который образуется в результате воздействия двух миллионов градусов тепла Солнечной короны.
Солнечный ветер, как правило, достигает Земли со скоростью около 400 км/с, плотностью около 5 ионов/см3 и напряженностью магнитного поля 2-5 нТл (Напряженность магнитного поля Земли измеряется в Теслах и у поверхности Земли, она как правило, составляет 30,000-50,000 нТл). Во время магнитных бурь, потоки солнечной плазмы могут быть в несколько раз быстрее и межпланетное магнитное поле (ММП) может быть гораздо сильнее.
Межпланетное магнитное поле формируется на Солнце, в области солнечных пятен, а по его силовым линиям в космос простирается солнечный ветер.
Земная магнитосфера
Схема Земной магнитосферы
Земная магнитосфера формируется под воздействием солнечного ветра и магнитного поля Земли. Оно образует собой препятствие на пути солнечного ветра, отвлекая его, на среднем расстояние около 70 000 км (11 радиусов Земли), и формирует головную ударную волну на расстоянии от 12000 км до 15000 км (от 1,9 до 2,4 радиусов). Ширина магнитосферы Земли, как правило составляет 190 000 км (30 радиусов), а на ночной стороне длинный шлейф магнитосферы, из вытянутых силовых линий поля, распространяется на огромные расстояния (> 200 радиусов Земли).
Поток плазмы в магнитосфере растет с увеличением плотности и турбулентности в потоке солнечного ветра.
В дополнение к перпендикулярному столкновению с магнитным полем Земли, некоторые потоки магнитосферной плазмы двигаются вниз и вверх, вдоль силовых линий магнитного поля Земли и теряют энергию в авроральных зонах атмосферы, вот от чего появляется северное сияние. Магнитосферные электроны ускоряются и сталкиваясь с газами атмосферы вызывают свечение атмосферы.
Частота встречаемости
Карта сияний в Евразии
Карты Северной Америки и Евразии с границей полярных сияний при разных уровнях геомагнитной активности; Kp = 3 соответствует низкому уровню геомагнитной активности, в то время как Kp = 9 — самый высокий уровень.
Карта сияний в Америке
Полярное сияние в России иногда наблюдаются и в умеренных широтах, когда магнитная буря временно увеличивает авроральный овал. При индексе геомагнитной активности Кр=6-9 возможно увидеть на широте Москвы.
Северное сияние: прогноз
Магнитные бури и северное сияние наиболее распространены во время пика одиннадцатилетнего цикла солнечной активности и в течение трех лет после этого пика. В авроральной зоне вероятность образования свечения, зависит в основном от уклона межпланетного магнитного поля.
Ось вращения Солнца наклонена 8 градусов по отношению к плоскости орбиты Земли. Солнечный ветер выдувает потоки плазмы быстрее от солнечных полюсов, чем от экватора, тем самым средняя скорость частиц у магнитосферы Земли убывает каждые шесть месяцев. Скорость солнечного ветра наибольшая (в среднем примерно на 50 км/с) в районе 5 сентября и 5 марта, когда Земля располагается под максимально высоким углом к плоскости вращения Солнца.
Почему возникает северное сияние
Из-за столкновений между молекулами и атомами атмосферы Земли и заряженными частицами, захваченными магнитосферой из солнечного излучения. Различия в цвете обусловлены типом газа, который сталкивается. Наиболее распространенным цветом свечения является бледно-желтовато-зеленый, который формируется молекулами кислорода, расположенными на высоте 80 км над землей. Редкие полярные сияния красного цвета формируются атомами кислорода на высоте порядка 300 км. Азот ответственен за синий или пурпурный-красный цвет.
Влияние солнечной активности
Связь между северным сиянием и солнечной активностью была заподозрена примерно в 1880 году. Благодаря исследованиям, проведенным с 1950-х, мы теперь знаем, что электроны и протоны солнечного ветра захватываются магнитосферой Земли и сталкиваются с газами в атмосфере.
Температура над поверхностью Солнца (речь идет о короне, сама поверхность Солнца имеет температуру ок. 6000 градусов) составляет миллионы градусов по Цельсию. При этой температуре, столкновения между ионами весьма интенсивны. Свободные электроны и протоны вырываются из солнечной атмосферы в результате вращения Солнца и улетают через прорехи в магнитном поле. В околоземном пространстве, заряженные частицы в значительной степени отклоняются магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли слабее всего на полюсах и поэтому заряженные частицы попадают в атмосферу Земли и сталкиваются с частицами газа именно на полюсах. Эти столкновения излучают свет, который мы воспринимаем как полярное сияние.
Где наиболее подходящее место для наблюдения Северного сияния
Их можно увидеть в северном или южном полушарии, в виде неправильной формы овала с центром над магнитным полюсом. Ученые узнали, что в большинстве случаев, полярное сияние на разных полюсах являются зеркальным отображением друг друга, которое происходит в то же время, с аналогичной формой и цветом.
Поскольку явления происходят вблизи магнитных полюсов, то северное сияние удобно наблюдать за северным полярным кругом. Их можно также увидеть на южной оконечности Гренландии и Исландии, северном побережье Норвегии и к северу от Сибири. Южные полярные сияния сосредоточены в кольце вокруг Антарктиды и южной части Индийского океана.
Области, которые избежали, так называемое, световое загрязнение — лучшие места, чтобы наблюдать за сияниями.
Наиболее подходящее время наблюдений сияний
Исследователи обнаружили, что полярные сияния является циклическими, достигая пика примерно каждые 11 лет (что совпадает с 11-летним периодом активности Солнца). Предыдущие такой пик пришелся на период 2013 года.
Зима на Севере это хорошее время, чтобы посмотреть на слабое свечение атмосферы. Короткий световой день и длинные, ясные ночи предоставляют множество хороших возможностей для их наблюдения. Обычно лучшее время это полночь.
Звуки генерируемые сияниями
Иногда сияния могут генерировать различные шумы, такие как хлопки, треск и статические звуки, как правило, слабые и короткие. В течение длительного времени ученые сомневались в этом явлении, так как звук было тяжелее задокументировать, к тому же аврора располагается слишком высоко в небе, чтобы быть услышанной на земле. Тем не менее, исследователи из Университета Аалто в Финляндии, опубликовал исследование в 2012 году, в котором было указано то, что им удалось записать различные шумы коррелирующие с визуальным присутствием северного сияния. Ученые утверждают, что эти звуки образовались на высоте около 70 метров над землей. Звуки сформировались в результате взаимодействия солнечных частиц и газов атмосферы. Университет Аляски отмечает, что звуки издаваемые полярными сияниями настолько редки, что существует очень мало людей, которым посчастливилось их услышать. Их образование возможно только во времена максимальной солнечной активности, при безветренной ночи и вдали от других источников шума.
В каких странах можно наблюдать северное сияние
Северное сияние в Австралии
Самое красивое северное сияние чаще всего бывает замечено в высоких широтах — Аляска, Канада, север Скандинавии, Гренландии и Исландия — и во время максимумов солнечного цикла. Где можно увидеть северное сияние в России? Самый дешевый способ увидеть сияния в РФ — поездка в Мурманск.
Ответы на наиболее распространенные вопросы
Полярное сияние с МКС
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!