Что такое северное сияние?
Полярное сияние ФинляндииПо старинным финским легендам, это лисы охотятся на сопках и чешут бока о скалы так, что искры летят на небо, превращаясь в северное сияние.
По мнению ученых разноцветные сполохи загораются в небесах полярных областей планеты, когда заряженные частицы, идущие с Солнца, взаимодействуют с земным магнитным полем. Геомагнитное поле планеты отклоняет большую часть потока этих частиц, но некоторые все-таки попадают в земную атмосферу над полярными регионами. Столкновение этих пленниц с атомами и молекулами газовой атмосферы сопровождается разноцветным свечением.
Наиболее распространенный цвет - бледно-зеленый - создается в результате столкновения электронов с атомами кислорода на высоте ниже 400 км. Молекулы азота в нижних слоях ионосферы создают красный свет. А на самом верху ионосферы молекулы азота излучают насыщенный фиолетовый цвет, но он обычно слишком тускл, и с поверхности Земли его не видно. Переливы этих цветов и рождают необыкновенные, фантастической раскраски трепещущие картины.
Северные сияния происходят гораздо выше, чем может забраться самый мощный реактивный самолет. Нижний край сияния находится на высоте, по меньшей мере, 60 км, в то время как самый верхний - 960 км над уровнем планеты. Так что ни летчикам, ни скалолазам, вопреки легендам, никогда не удавалось оказаться внутри сияния. Только космонавты могут пролететь сквозь красочные сполохи.
Со многими тайнами северного сияния ученые не разобрались до сих пор. Например, некоторые наблюдатели уверяют, что северное сияние сопровождается звуковыми эффектами. Однако если столкновение частиц и молекул звучит громко, звук этот должен пройти очень и очень долгий путь до поверхности Земли. Да и атмосфера на тех высотах слишком разреженна. Так шумит ли северное сияние? Пока никто не может с полной уверенностью ответить на этот вопрос!
Помощь в охоте за северным сиянием
Северное синие ФинляндииСеверное или полярное сияние появляется при столкновении вещества, образовавшегося во время так называемого «взрыва» на солнце и земной атмосферы. Таким образом, наблюдая за действиями солнца и за скоростью исходящего оттуда газа, можно прогнозировать появление северного сияния, c точностью, вполне удовлетворяющей потребности обычного наблюдателя за ночным небом. Подобные прогнозы и наблюдения называются термином "Space Weather", т.е. "космическая погода".
Северное сияние появляется над полярными областями Земли, в так называемой овальной зоне северного сияния, которая распространяется тем южнее, чем сильнее солнечный ветер. В северном полушарии овал обычно покрывает северные части Финляндии и Скандинавии, самые северные части Канады и США, Аляски и Сибири. При полярной буре овал распространяется даже до широт средней Европы. Поскольку овал расположен несимметрично по отношению к оси вращения земли, каждый градус долготы Земли раз в 24 часа оборачивается глубже в овал. На долготе Финляндии самое подходящее время для наблюдения за северным сиянием - около 22.30 (по зимнему времени). С другой стороны нужно помнить, что полярная буря может появиться в любое время суток, поэтому в погоне за великолепными зрелищами стоит пользоваться прогнозами северного сияния в Интернете.
Начать можно со странички Today’s Space Weather, где выпускается прогноз появления северного сияния на ближайшие 3 дня.
Страничка SpaceWeather.com, предназначена для широкой публики и великолепно разъясняет явления ближайшего космоса, а также дает точные прогнозы появления северного сияния.
Полярное и северное сияние ФинляндииИнформация в реальном времени о возмущениях магнитного поля, вызываемых именно северным сиянием, найдется на страничке геофизической обсерватории города Соданкюля, где представлена магнитограмма обсерватории. Если на кривых, описывающих возмущения, наблюдается мгновенное колебание в 1000nT (меньшего тоже хватит), то повышается вероятность появления в небе северного сияния вплоть до южной Финляндии. Самые лучшие и достоверные прогнозы северного сияния показывает наблюдающий за солнечным ветром между Землей и Солнцем спутник Advanced Composition Explorer (ACE) и составленный на основе его измерений прогноз северного сияния на ближайший час. Прогноз (Latest output (1 day)) дает прогнозируемую на следующие 35-70 минут обстановку полярного сияния на шкале от 1 до 9. Опыт показывает, что уже величина активности 5 означает появление бесподобных северных сияний вплоть до южной Финляндии.
Нужно помнить, что прогнозы не всегда сбываются. Также не надо забывать о том, что в прогнозах почти всегда указывают универсальное время (Universal time, UT), тогда в Финляндии к этому времени нужно прибавлять 2 часа зимой и 3 часа летом.
Если у вас нет охоты следить за Интернетом, можно просто отправиться на вечернюю прогулку (лучше - с 22.00 до 24.00). В это время северное сияние можно наблюдать часто, скорее всего вам повезет и вы сможете на него полюбоваться. Уверяю вас, после этого незабываемого спектакля цветов, любое лазерное шоу станет подобно свету карманного фонарика!
Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы). Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика . Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.
В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызваны низкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы.
При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.
Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой в соответствии с барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы
Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления.
Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии (во время одного из зарегистрированных в 2007 году возмущений — 5x1014 джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.
При наблюдении с поверхности Земли Полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.
Полярные сияния других планет Солнечной системы
Магнитные поля планет-гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обуславливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет-гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Однако благодаря высокому содержанию водорода в их атмосферах, излучению ионизированного водорода в ультрафиолетовом диапазоне и малому альбедо планет-гигантов в ультрафиолете, с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп «Хаббл») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет.
Особенностью Юпитера является влияние его спутников на полярные сияния: в областях «проекций» пучков силовых линий магнитного поля на авроральный овал Юпитера наблюдаются яркие области полярного сияния, возбуждённые токами, вызванными движением спутников в его магнитосфере и выбросом ионизированного материала спутниками — последнее особенно сказывается в случае Ио с её вулканизмом.