Северное (полярное) сияние: что это, его виды, как оно образуется, почему у него бывают разные цвета и ответы на многие другие вопросы

Северное сияние — свечение верхних слоев атмосферы, спровоцированное столкновением заряженных частиц солнечного ветра с атомами газа в верхних частях воздушной оболочки. Он хорошо виден в субполярных широтах. Таинственное северное сияние всегда вызывало интерес не только жителей северных стран, но и ряда туристов и ученых, изучающих атмосферу и магнитосферу Земли. В статье вы узнаете, что такое северное сияние, какова его природа и в какой области земного шара его лучше всего видно.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Что нужно знать о природном явлении

Северное сияние (полярное сияние) – одно из самых интересных и загадочных явлений природы. Только недавно ученым удалось выяснить, как он выглядит. Разноцветные полярные сияния возникают в основном в верхних слоях атмосферы из-за взаимодействия заряженных частиц с магнитным полем Земли.

Подобным природным явлением можно любоваться ночью в высоких широтах обоих полушарий. Его классифицируют по нескольким критериям.

  1. В зависимости от формы излучается лентовидное, рассеянное, лучевидное свечение.
  2. В зависимости от интенсивности «северное сияние» может варьироваться от едва уловимого до яркого, красочного.
  3. Излучение можно разделить по цвету: зеленое, красное, красно-розовое. Чаще всего можно наблюдать именно зеленые свечения. Реже наблюдается фиолетовый или синий свет. Белый свет встречается крайне редко.

Во время северного сияния часто слышны характерные щелчки, удары и другие звуки. Они природного происхождения.

Как появляется полярное сияние

Северное сияние образуется за счет излучения фотонов в верхних слоях земной атмосферы, на высоте 80 км и выше. Под действием ионов, протонов, электронов молекулы и атомы газов (главным образом азота и кислорода) переходят в измененное состояние. Когда атом или молекула возвращается в свое основное состояние, испускается квант света. Разные атомы излучают разный свет, когда входят в возбужденное или нормальное состояние. Так кислород светится зеленым или малиновым цветом, азот — синим или красным.

Под влиянием ряда факторов ширина свечения может достигать 160 км. Протяженность радиации может превышать полторы тысячи километров.

Значение кислорода для образования полярного сияния

Кислород может перейти из возбужденного состояния в основное всего за 0,75 секунды. Этот газ излучает зеленый цвет в течение двух минут, после чего оттенок меняется на красный. При столкновении с другими атомами энергия поглощается, в результате чего свечение прекращается.

В верхних слоях атмосферы количество кислорода меньше, чем у поверхности. Поэтому описанные столкновения редки. Это объясняет появление красивого красного излучения.

С уменьшением высоты плотность воздуха увеличивается. Увеличение столкновений между атомами способствует прекращению красного свечения в атмосфере. Ближе к поверхности перестают формироваться и зеленые лучи.

Роль солнечного ветра и магнитного поля

Земля постоянно взаимодействует с солнечным ветром — потоком электронов и положительно заряженных ионов. Эти частицы испускаются солнцем во всех направлениях. Скорость их движения около 400 километров в секунду, напряженность магнитного поля от 2 до 5 нанотесла, плотность ионов около 5 на кубический сантиметр.

Во время магнитных возмущений значительно увеличивается поток заряженных частиц. Из-за этого интенсивность межпланетного поля многократно возрастает.

Под влиянием заряженных частиц и магнитного поля Земли формируется магнитосфера Земли. Он отклоняет эти течения примерно на 70 тыс км. Ширина магнитосферы около 190 тыс км. С ночной стороны облако распространяется на большее расстояние, превышающее 200 земных радиусов (более 1,2 млн км).

Поток плазмы в магнитосфере увеличивается с увеличением плотности и турбулентности солнечного ветра. Токи магнитосферной плазмы сталкиваются с магнитным полем нашей планеты перпендикулярно. Отдельные потоки плазмы движутся вдоль силовых линий магнитного поля и постепенно теряют энергию. Это способствует свечению в атмосфере.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Как формируется северное сияние

Влияние активности Солнца

Связь между северным сиянием и солнечной активностью была замечена еще в 80-х годах. 19 век. Дальнейшие исследования показали, что заряженные частицы солнечного ветра захватываются магнитосферой Земли и сталкиваются с молекулами газа.

Температура солнечной короны достигает нескольких миллионов градусов. При этом между ионами происходят различные столкновения. Свободно заряженные частицы вырываются из атмосферы Солнца с большой скоростью и улетают. В космическом пространстве вблизи Земли эти частицы отклоняются магнитным полем.

Магнитное поле Земли наиболее слабое на полюсах и в приполярной зоне. Благодаря этому заряженные частицы проникают в атмосферу и сталкиваются именно в высоких широтах. Столкновения способствуют образованию квантов света, которые мы видим как северное сияние.

Виды северного сияния

Для оценки типа свечения исследователи чаще всего используют термины «диффузное» и «точечное» свечение.

Диффузное

Это «спокойное» сияние без четких границ, в виде пятен или пелены. Светящиеся элементы могут выглядеть как залитые лунным светом облака. Иногда рассеянный свет может занимать большую часть неба. В некоторых случаях ночные огни могут быть не видны.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Рассеянное северное сияние

Точечное сияние

Прожекторы различаются по яркости – от едва заметной до резкой. Такое северное сияние можно увидеть только глубокой ночью.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Найдите северное сияние

Наиболее подходящее время и место для наблюдения за полярным сиянием

Полярные сияния видны как в северном, так и в южном полушариях в виде овала неправильной формы. Центр расположен над магнитным полюсом. Интересно, что северное сияние на Южном полюсе является зеркальным отражением того же явления на севере. Зоны, которые способствуют максимальной видимости полярного сияния, называются овалами полярного сияния. Они лежат между 67 — 70 градусами широты. В период максимальной солнечной активности овал на севере и юге значительно расширяется, и свечение атмосферы видно на более низких широтах — до 45 градусов и даже ниже.

Северное сияние в Антарктиде видно точно так же, как и в Арктике.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Северное сияние в Антарктиде

Наиболее удобными местами для наблюдения за северным сиянием являются районы земного шара, лежащие севернее или южнее соответствующих полярных кругов. Северное сияние доступно и наблюдателям южной части Гренландии. Южное сияние видно вокруг Антарктиды.

Это природное явление циклично. Его интенсивность совпадает с циклом солнечной активности. Наибольшая вероятность увидеть свечение воздуха зимой. Этому способствует короткий световой день и длинные ночи. Лучше всего наблюдать северное сияние около полуночи.

Северное сияние происходит в любое время года. Внешний вид зависит от интенсивности солнечных бурь.

В каких странах наблюдают северное сияние

Северное сияние можно увидеть в:

  • США (штат Аляска);
  • Канада;
  • Норвегия (наиболее ярко на острове Шпицберген);
  • Швеция;
  • Шотландия (весна);
  • Финляндия;
  • Россия;
  • Исландия.

Крупнейшие российские города, где можно регулярно наблюдать за северным сиянием, — Мурманск и Норильск.

Звуки, генерируемые сияниями

Иногда северное сияние может издавать такие звуки, как плеск, треск. Долгое время ученые ставили под сомнение реалистичность таких звуков: их было сложно зафиксировать и описать с точки зрения науки. Однако финским исследователям удалось записать звуки северного сияния.

Астрономы также утверждают, что звуки производятся на высоте около 70 метров над поверхностью Земли. Они образуются в результате взаимодействия ионов и электронов с атомами атмосферных газов.

Астрономы, работающие в Университете Аляски, изучающие северное сияние, отмечают, что звуки северного сияния слышны крайне редко. Очень немногие люди когда-либо были в состоянии услышать их. Такие звуки могут появляться только в годы с наибольшей солнечной активностью. Для их соблюдения необходимо, чтобы ночь была ясной и безветренной, а поблизости не было источников шума.

Как часто происходит северное сияние

Весной и осенью северное сияние наблюдается гораздо чаще, чем зимой и летом. Наибольшая частота этого явления приходится на период весеннего или осеннего равноденствия. Северное сияние с севера появляется в небе с нерегулярной частотой.

Примерно раз в 11 лет частота появления атмосферного свечения резко возрастает. Это связано с пиком солнечной активности. ­

Что влияет на яркость и оттенки северного сияния

Цвет атмосферного свечения зависит от молекул газа, сталкивающихся с частицами солнечного ветра.

  1. Зеленый цвет возникает в результате выброса атомарного кислорода на высоте от 80 до 150 км, реже — молекул азота.
  2. Красный цвет является результатом излучения молекул азота, атомов кислорода на высотах от 150 до 400 км и в небольшой степени атомов водорода.
  3. Желтый оттенок появляется в результате процесса ионизации кислорода, а также сочетания красного и зеленого свечения.
  4. Синий цвет — результат выбросов атомов азота на высотах от 140 до 160 км. Это явление относительно редкое.
  5. Фиолетовый цвет возникает вследствие эмиссии молекул азота на высотах менее 120 км.
  6. Розовый цвет получается из смеси красного и зеленого.

Интенсивность свечения зависит от активности солнца. Он оценивается по следующей шкале.

  1. 1 точка имеет свечение, близкое по яркости к Млечному Пути.
  2. 2 балла – это свет, исходящий от Луны, прикрытой перистыми облаками.
  3. 3 балла — это свечение, похожее по яркости на свет луны, скрытое кучевыми облаками.
  4. Наивысшая яркость равна свету полной луны, видимой в ясную ночь.

Искусственные северные сияния

После экспериментов Министерства обороны США с ядерными взрывами в конце 1950-х гг. Было свечение атмосферы, похожее на полярное. Эти испытания проводились для изучения магнитного поля Земли.

Свечение в виде дуги малинового цвета было замечено в начале августа 1958 года на Гавайях и в воде около Апиа после ядерных взрывов на высоте 400 км над земной поверхностью. Аналогичное явление было замечено ранней осенью того же года в Атлантическом океане после ядерных взрывов, проведенных в ходе операции «Аргус». Взрывы прогремели на сотни километров над земной поверхностью. В то же время на Азорских островах было замечено красное свечение.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Аврора от взрыва ядерной боеголовки

Проведенные опыты показывают, что ядерные взрывы, произведенные на высоте нескольких десятков километров над земной поверхностью, приводили к возмущениям магнитного поля и вызывали поток заряженных частиц. Искусственные полярные сияния провоцировались электронными потоками, образовавшимися в момент ядерного взрыва после бета-распада.

Электроны, двигавшиеся по касательной к магнитному полю Земли, сталкивались с молекулами кислорода и азота, вызывая свечение в верхних слоях атмосферы. Этот механизм дал исследователям понимание того, как формируется северное сияние.

Свечение верхних слоев атмосферы может быть вызвано выбросами натрия и калия из ракетных двигателей. Это искусственное полярное сияние, в отличие от полярного сияния того же происхождения.

История изучения

Долгое время ученые не могли выяснить, почему появляется северное сияние. Одно из первых наблюдений за северным сиянием в истории было задокументировано Джеймсом Куком. При этом исследователи узнали, что красочное природное явление можно наблюдать на двух полюсах одновременно.

В то время относительно появления северного сияния высказывались такие гипотезы:

  • небесное свечение возникает в результате гниения рыбы, выброшенной на берег из морских глубин;
  • полярное сияние появляется, если какая-то «звездная материя» проникает в верхние слои атмосферы.

Наиболее правдивую гипотезу предложил английский астроном Эдмунд Галлей. Он предположил, что свечение в атмосфере вызывается своеобразной «феррожидкостью».

Первым, кто смог научно объяснить происхождение северного сияния, был выдающийся русский ученый Михаил Ломоносов. Путем научных экспериментов в лаборатории он воссоздал процессы, происходящие в атмосфере. Ученый выкачал воздух из стеклянной сферы и вызвал через нее разряд электричества. В нем возникли огни, подобные тем, что появляются в небе. Ученый также смог доказать, что каждый тип газа излучает свет разного цвета.

Северное (полярное) сияние: что это такое, его виды, как образуется, почему оно разного цвета и ответы на многие другие вопросы

Ученым из НАСА удалось воспроизвести северное сияние в лаборатории

Эта теория получила дальнейшее развитие, и вскоре исследователи обнаружили, что скандинавское излучение имеет электрическую природу. Установлена ​​также связь между повторяемостью этого природного явления и магнитными бурями.

Благодаря развитию современной физики и космической техники было дано наиболее точное определение рассматриваемого явления природы.

Северное сияние: легенды и мифы

Не зная, что такое северное сияние, разные люди долгое время приписывали ему таинственное, сверхъестественное происхождение. Например, некоторые люди, живущие на крайнем севере, и по сей день верят, что боги так счастливы. Некоторые, наоборот, считали, что северное сияние является предвестником беды.

В норвежской мифологии есть истории о том, что существует некий радужный мост, по которому боги спускаются на землю. На определенный период она становится видна людям. Другие мифы гласят, что сияние исходит от рук валькирий. Самые причудливые линии и узоры образованы их доспехами.

Древнефинская мифология повествует о реке Ружа. Когда он горит, в небе появляется причудливое свечение. Он разделяет мир живых и мертвых. Ходят легенды, где полярных сияний называют «лисами». Они рассказывают о лисе, которая заметала небо звездной пылью и взмахом хвоста подняла яркие вспышки света.

Эскимосы и по сей день верят, что северное сияние можно вызвать. Для этого нужно просто свистнуть. Можно «снять» небесный огонь хлопком в ладоши.

Эскимосы Аляски боялись появления радиации, так как, по их мнению, она приносит только беды и несчастья. Прежде чем выйти на улицу, следует взять с собой оружие. Если долго наблюдать за свечением, можно вызвать сумасшествие и даже психическое заболевание. Северные жители верили, что во время северного сияния души умерших предков открывали окна своих жилищ в поисках новых обитателей.

Северное сияние – интереснейшее явление в природе, завораживающее своей невероятной красотой. Это единственное влияние солнечной радиации на атмосферу Земли и околоземное пространство, заметное невооруженным глазом. Исследования полярных сияний помогут глубже понять свойства магнитосферы Земли, будущее магнитных полюсов и определить, как в будущем изменятся силовые линии магнитного поля Земли.

Оцените статью
kuzyeti.ru
Добавить комментарий

Adblock
detector