Огни Авроры: как образуется Северное сияние?

Течение жидкого металла во внешнем ядре Земли порождает хаотические электрические токи. Вращение Земли вокруг своей оси заставляет эти токи образовывать магнитное поле, которое распространяется вокруг всей нашей планеты, а магнитное поле, в свою очередь, упорядочивает токи. Таким образом, Земля — это большой электромагнит.

Магнитное поле Земли простирается от ядра до верхних слоев атмосферы, ограничивая область, известную как магнитосфера. Она состоит из невидимых силовых линий, исходящих из одного полюса и входящих в другой.

Силовые линии магнитного поля препятствуют проникновению в атмосферу Земли «солнечного ветра» — потоков заряженных частиц, опасных для всего живого. Магнитное поле отклоняет солнечный ветер от Земли, как камень в ручье или лобовое стекло автомобиля отклоняют поток воды или воздуха.

Когда заряженные частицы солнечного ветра сталкивается с атомами газа в земной атмосфере, они тормозятся при ударе, и, сбавив скорость, частично отклоняются, а частично захватываются магнитным полем Земли, устремляясь вниз, в атмосферу, к северному и южному магнитным полюсам. При этом они продолжают тормозиться в атмосфере и излучают избыток энергии в виде света (фотонов). Так получается световое шоу, известное как Северное сияние.

Почему сияние «Северное» или «Полярное»?

Северное сияние наблюдается не всегда, для него необходима комбинация подходящих условий. Во-первых, повышенная солнечная активность, обеспечивающая выбросы солнечного ветра, который бывает сильнее или слабее. Во-вторых, нужно, чтобы поток частиц приходил под подходящим углом к верхним слоям атмосферы, точнее – к силовым линиям , а этот угол меняется, поскольку Земля вращается вокруг своей оси, и ось вращения наклонена к плоскости орбиты.

В-третьих, нужна достаточная напряженность магнитного поля Земли, чтобы надежно захватить достаточное количество частиц. А она колеблется, в среднем, от 0,34 Э (эрстед) на магнитном экваторе, до 0,66 Э у магнитных полюсов — в два раза больше, чем на экваторе.

Наконец, нужны подходящие условия для наблюдения Северного сияния с поверхности Земли. Лучше всего видны сияния, которые происходят в нижних , в частности, область излучения должна быть расположена как можно ниже в атмосфере, ближе к поверхности Земли.

Вся совокупность этих условий чаще всего совпадает именно у магнитных полюсов, то есть в достаточно высоких широтах, а исторически явление Северного сияния люди впервые наблюдали и описывали именно в северном полушарии.

Но, вообще говоря, Северное сияние в короткие промежутки времени может наблюдаться в любой части мира. Так что английский вариант его названия, «Огни Авроры», по-видимому, корректнее. Различают Aurora borealis (от латинского «северный») и Aurora australis (от лат. «южный»).

Полярные сияния вдалеке от полярных областей – скорее, исключения. Наиболее вероятные области наблюдения полярных сияний укладываются в т.н. авроральные овалы, в северном и южном полушариях.

Как выглядит Северное сияние

Полярные сияния проявляются во многих цветах, хотя чаще всего видны зеленый и красно-розовый. Сообщалось об оттенках красного, желтого, зеленого, синего и фиолетового цветов.

Огни могут приобретать разные формы: от пятен или рассеянных облаков света до полос, дуг, падающих лучей. Классическая форма Северного сияния — в виде складчатого занавеса или ленты.

Вариации цвета обусловлены типом сталкивающихся частиц газа. Самый распространенный цвет полярных сияний — желтовато-зеленый — создается молекулами кислорода, расположенными примерно в 100 км над землей. Редкие ярко-красные полярные сияния создаются кислородом на большой высоте на высоте до 300 км. Азот производит голубое или пурпурно-красное сияние.

Высота сияний колеблется от 80 до 640 километров над поверхностью Земли. Как правило, чем дальше от полюса, тем сияние выше.

Лучшие места для наблюдения сияний в северном полушарии находятся в северо-западных частях Канады, особенно в Юконе, Нунавуте, Северо-Западных территориях и на Аляске, на южной оконечности Гренландии и Исландии, северном побережье Норвегии и в прибрежных водах к северу от Сибири. В Южном полушарии полярные сияния сосредоточены в кольце вокруг Антарктиды и южной части Индийского океана. Лучше всего следить за световым шоу в местах, не подверженных световому загрязнению. Районы на севере, в небольших населенных пунктах, как правило, подходят лучше всего.

Исследователи также обнаружили, что авроральная активность циклична, достигая максимума примерно каждые 11 лет. Следующий пиковый период — 2024 год.

Зима на севере, как правило, хорошее время года для просмотра сияний.  Продолжительные периоды темноты и частые ясные ночи предоставляют много хороших возможностей для наблюдения. Обычно лучшее время  —  местная полночь.

Можно ли услышать Северное сияние?

На этот счет нет единого мнения.  Многие очевидцы утверждают, что, да, можно: Северное сияние может издавать очень тихие, на грани слышимости звуки, в виде потрескиваний или хлопков. Но тут в дело вступает физика: даже допущение о том, что звуки издает не само сияние, а какие-то связанные с ним явления, расположенные ниже в атмосфере, не снимают вопроса том, что появление различимых человеком звуков требует достаточно высокого атмосферного давления, и в разреженных слоях атмосферы. Самые же низкие сияния никогда не наблюдались на высоте менее 60 км, случаи более низких сияний , хотя и отмечены очевидцами, но вызывают большие сомнения: скорее всего, они были отражением высоко расположенных сияний, возникших в специфических атмосферных условиях. К тому же очевидцы утверждают, что звучат обычные Северные сияния, от 80 км и выше, а не крайне редкие низкие.

Наиболее убедительной выглядит теория канадского астронома Кларенса Чанта, предположившего в 1923 году, что Северное сияние изменяет магнитное поле Земли, вызывая электризацию атмосферы даже на значительном расстоянии. Эта электризация и производит потрескивающий звук, очень похожий на звук статики, причем, производит его только в местах соприкосновения атмосферы с твердыми объектами, расположенными, в том числе, на поверхности Земли. Таким объектами могут быть сам наблюдатель, и окружающие его предметы. Это может объяснить, среди прочего, и то, почему два наблюдателя могут слышать разные звуки.

Теория Чанта хорошо совпадает со многими описаниями Северного сияния, а также подтверждается сообщениями о запахе озона во время сильных сияний, но всеобщего признания пока не получила, по причине ряда содержащихся в ней противоречий. Иными словами, вопрос о том, может ли звучать Северное сияние остается открытым: скорее да, чем нет, но как это происходит во всех в деталях науке доподлинно неизвестно. С другой стороны, иллюзию звучания Северного сияния могут порождать и чисто психологические эффекты. Впрочем, одно не исключает другого.

Читайте также:

Ледяные пещеры и полярное сияние: ради чего ехать зимой в Исландию

Лучшие ледяные отели Европы