Природа полярных сияний

Захватывающее дух природное явление. Одна из первых вещей, с которой ассоциируются полярные регионы. Фотографы часами ждут его появления, а туристы мечтают поехать туда, где смогут его понаблюдать.

Сегодня мы расскажем про полярное сияние, как оно формируется, как его поймать и можно ли сделать искусственно.

Как формируется полярное сияние?

Солнце постоянно испускает в космос потоки заряженных частиц, называемых «солнечным ветром». Поток этого ветра настигает Землю и часть его захватывается магнитным полем нашей планеты.

Магнитное поле устроено так, что магнитные полюса находятся в непосредственной близости от полюсов географических. Что такое магнитный полюс? Это место, где абсолютно бесполезен магнитный компас. Дело в том, что вектор магнитного поля Земли в любой точке планеты имеет вертикальную и горизонтальную составляющие, и компас показывает направление на полюс, ориентируясь вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля. В районе магнитных полюсов магнитные линии «входят в Землю» вертикально, то есть горизонтальная составляющая равна нулю.

Заряженные частицы солнечного ветра попадают в магнитосферу Земли, двигаются вдоль магнитных линий и высыпаются в полярных регионах. Чем больше энергия частиц, тем южнее будут эти высыпания. Они дополнительно ионизируют атомы и молекулы газов в ионосфере, и те начинают светиться.

В основном с солнечным ветром взаимодействует ион атомарного кислорода, поэтому мы видим зелёное или красное его свечение.

Видео, которое иллюстрирует процесс формирования полярного сияния:

Когда можно его увидеть?

Полярные сияния происходят практически всегда. Даже при отсутствии возмущений в магнитосфере буквально каждый день происходят незначительные высыпания на широте, например, Мурманской области и побережья Северного Ледовитого океана. В полярный день сияние не увидеть, только в тёмное время суток. О наличии полярных сияний можно чётко судить по показаниям магнитометров на геофизических станциях. Такие измерения делаются, например, на геофизической станции ААНИИ Горьковская, которая находится под Петербургом.

Второй способ отследить сияние – это международный Kp-индекс, который показывает степень планетарной возмущённости магнитного поля. Для Петербурга при значении индекса Kp = 5 на высоте примерно 10–15 градусов от горизонта в северном направлении уже будут видны полярные сияния. Чтобы их увидеть, нужно выехать за город, подальше от городской засветки. При Kp = 8 полярное сияние будет видно даже в Москве. За индексом можно следить на сайте www.spaceweather.com [NASA].

Можно ли сделать полярное сияние искусственно?

Да! Учёные из ААНИИ проводили в Норвегии такие эксперименты по нагреву, где удалось получить искусственное полярное сияние. Оно представляло из себя крохотную зелёную точку в небе, но её было видно. Светилась область ионосферы над нагревным комплексом: когда его включали – пятно появлялось, выключали – и через секунду оно схлопывалось.

Изображение искусственного полярного сияния получено с камеры всего неба [allskycam.com]. Это камера, которая используется для мониторинга облачности и полярных сияний. Fisheye-камеру, которая запечатлела сияние, называют DASI: Digital All Sky Imaging.

Искусственное сияние представляет собой небольшую точку в центре. Камера стоит севернее нагревного комплекса. В момент 5-минутного включения нагревного комплекса возникает свечение возмущённой области ионосферы, и это видно невооруженным глазом. А горизонтальные линии, которые будто отходят от нашей точки — это уже естественное полярное сияние.

Благодарим за помощь в подготовке материала руководителя отдела геофизики ААНИИ Алексея Калишина.