Виды, цвета и формы северных сияний

Сиятельные особенности
Виды, цвета и формы северных сияний
Автор текста: Павел Котляр

Консультант:Александр Зайцев, Доктор физико-математических наук. автор более 200 научных и научно-популярных публикаций, в основном касающихся геомагнитных бурь и их связи с процессами в космосе. Создатель сети наблюдений магнитного поля Земли на Ямале.

Украшение неба над Арктикой и Антарктикой, порожденное солнечной активностью, — самая зрелищная сторона магнитных бурь, не самого безобидного природного явления.

Природа северных стран по-своему красива. Здесь темную поверхность земли надежно покрывает плотный слой снега. Зелень деревьев заменяет таинственные морщины камней, а небо выглядит особенно синим. И, конечно, божественной красоты полярные сияния… Это особенности северных земель.

Северные сияния правильнее называть полярными, потому что наблюдаются они в районе обоих магнитных полюсов Земли — Северного и Южного. Это явление возникает после вспышек на Солнце, когда звезда выбрасывает в космос большое количество протонов и электронов. Спустя 30-50 часов в окрестностях Земли появляется облако этих заряженных частиц. Магнитное поле планеты заставляет их сворачивать с прямого пути и двигаться вдоль силовых линий поля. Этот путь ведет либо к Северному магнитному полюсу, либо к Южному.

Уходящие вверх лучи позволяют увидеть направление силовых линий магнитного поля Земли. Кадр уникален тем, что хорошо видно красное свечение на большой высоте, обычно скрытое от наблюдателей

В полярных широтах, где силовые линии пронизывают атмосферу и уходят вглубь Земли, частицы сталкиваются с молекулами атмосферных газов, превращая нейтральные атомы в заряженные ионы. Этот процесс называется ионизацией. При этом часть атомов переходит в возбужденное состояние. Такие атомы испускают свет с присущей им длиной волны: водород — красный, азот — желтый, кислород — красный на большой высоте и зеленый — ниже. Та фаза магнитной бури, которая сопровождается сияниями, носит название «суббуря». Она продолжается от часа до полутора. Сначала в небе вспыхивает длинная ровная дуга. Затем она начинает изгибаться, по ней бегут волны, наконец, дуга разрывается и сияние охватывает все небо.

Северные пейзажи от Jens Fersterra

КПД такого «осветительного прибора» невелик — как у лампы накаливания. Только 5% энергии суббури тратится на свечение, остальное уходит на ионизацию газов и электрические токи в атмосфере. Это «земная сторона» сияния: радиопомехи, отклонение настроенных по компасу буровых инструментов и даже самопроизвольный перевод железнодорожных стрелок. Свечение максимальной яркости наблюдается не на магнитных полюсах, а в так называемых зонах полярных сияний. Эти зоны можно представить себе в виде обручей диаметром 5-6 тысяч километров. Из космоса сияния над поверхностью земного шара выглядят как венки на голове. Чем мощнее солнечная вспышка, тем шире венок и тем ближе к экватору можно видеть сияние.

Сияние четвертого класса. Исландия

Запечатлен момент максимума суббури, в поле зрения сразу несколько дуг. Яркость этого сияния наибольшая, оценивается в четыре балла по специальной шкале. Один балл присваивается едва заметному свечению, не ярче Млечного Пути, — подобные сияния регистрируются даже под Москвой. Двухбалльные сияния в 10 раз ярче, трехбалльные — в 100 раз, а сияния четвертого класса по яркости сопоставимы с полной Луной. Яркость дуги не постоянна, она изменяется с периодом от нескольких секунд до минут. При усилении яркости целостная дуга обычно распадается, принимая разнообразные формы: пульсирующие дуги, сходящиеся лучи, драпри (занавеси), короны и отдельные вспышки. Самые яркие сияния наблюдаются в местную полночь. Сезонный же пик приходится на дни весеннего и осеннего равноденствия.

Дорога на запад. Лапландия

На определенной стадии суббури в сиянии возникает характерный яркий изгиб. Такое образование называется английским термином westward travelling surge (в буквальном переводе «движущийся к западу изгиб», сокращенно WTS). Не всегда WTS изогнут в сторону запада, но смещается он непременно к западу. Объясняется это тем, что по дуге сияния в горизонтальном направлении текут токи с востока на запад — в направлении, обратном вращению Земли. WTS движутся на запад и в северных, и в южных широтах.
На снимке: активная фаза суббури, дуга полярного сияния разбита на две части, ярко-желтый WTS виден в центре, рядом с облаком. Запад слева. Ранняя осень, фотограф находится к югу от зоны полярных сияний.

Большая перспектива. Новый Уренгой

Полярные сияния яркостью 1-2 балла обычно не кажутся разноцветными: интенсивность отдельных цветов ниже порога восприятия человеческого глаза. Сияния в 3-4 балла обычно предстают желтовато-зелеными. Высокая интенсивность данного полярного сияния позволила выхватить его структуру при достаточно короткой выдержке. Редкий по красоте эпизод: комбинация желтого, зеленого и красного свечений при определенном ракурсе дает фиолетовые краски. Мы видим всплеск активности на завершающей стадии суббури. Время далеко за полночь, яркость — 3 балла. Фотография сделана к югу от зоны полярных сияний. Сияние близко к зениту, и его лучи зрительно сходятся в одной точке, подобно рельсам на горизонте.

Стоячая волна. Исландия

Редкое явление — пульсирующие формы на сплошной дуге — до сих пор озадачивает физиков. Возможно, этот феномен сродни прерывистому свечению старых люминесцентных ламп. Вертикальные яркие узлы, разнесенные на определенное расстояние, называются «страты». Появление такой периодической структуры сопровождается пульсациями магнитного поля. Иногда, очень ненадолго, формируются стоячие волны, и тогда страты видны весьма четко, как на этой фотографии. Снимок сделан после максимума суббури, местное время далеко за полночь. Яркость свечения — 3-4 балла.

Стартовая лента. Новый Уренгой

Одиночная дуга яркостью 2 балла в начале суббури. Устойчивые дуги полярных сияний могут простираться с востока на запад на тысячи километров. На этой фотографии видно распределение цветов по высоте. Нижняя граница свечения, примерно в 100 километрах от поверхности земли, окрашена атомами кислорода в ярко-зеленый цвет.

Корона сияния. Фото Валентина Жиганова. Источник изображенияhttps://vk.com/feed?z=photo7502916_390769106%2Fwall79743656_1014

Выше 150 километров атомы кислорода испускают красный свет, как и атомы водорода, этим объясняется фиолетовый оттенок верхней части ленты. Кроме того, эта область подсвечена лучами зашедшего за горизонт Солнца. Ниже 100 километров атмосфера становится настолько плотной, что заряженные частицы туда просто не долетают. При самой сильной солнечной активности полярные сияния могут наблюдаться на высоте 90 километров.

Рвущиеся небеса. Аляска

Центр зоны полярных сияний, разгар суббури. Местное время около полуночи, яркость свечения — 2-3 балла. Фотография сделана 22 марта 2012 года в ходе специального тура для охотников за северными сияниями. Этот новый вид туризма активно развивается в Скандинавии, Канаде, на Аляске и в России.

Северные пейзажи от Jens Fersterra

 

Источник:

ВОКРУГ СВЕТА 12 (2867) ДЕКАБРЬ 2012