Что такое полярное сияние: причины возникновения на Земле и других планетах, виды

А вы знали, что полярное сияние бывает не только на Земле? А что их есть несколько видов, в том числе и искусственные? Из нашей статьи вы узнаете все про полярное сияние: что это такое, из-за чего возникает, как его увидеть и в какое время лучше наблюдать.

Полярное сияние: что это за явление

Полярное сияние, аврора или, на старорусском, пазори – давно известное явление разноцветных свечений в небе. Викинги считали, что это радужный мост в Валгаллу, финны верили, что это горящая река Ружу, разделяющая миры живых и мертвых. А эскимосы рассматривали в огнях развлечение, которое можно вызвать свистом. Но наука доказала, что все гораздо прозаичней.

Свечение полярного сияния образуется, когда заряженные частицы солнечного ветра, захваченные магнитным полем планеты, сталкиваются с молекулами воздуха. Поэтому подобное явление можно увидеть не только на Земле, но и, к примеру, на Юпитере.

Главное, чтобы у планеты были:

• атмосфера;
• магнитосфера;
• доступ к звездному ветру.

Однако в зависимости от состава атмосферы, цвет свечения будет отличаться. Он зависит от того, какие именно молекулы взаимодействуют с солнечным ветром.

Возникновение полярного сияния

Весь процесс формирования свечения начинается, когда планета сталкивается с потоками заряженных частиц от звезды. Магнитное поле, как щит, отводит их в стороны. Такое давление от звезды как бы «сдувает» часть силовых линий магнитосферы, из-за чего планета становится похожа на комету. 

В области магнитных полюсов и хвосте этой «кометы» часть заряженных частиц от Солнца проникает под защитный слой планеты и начинает с огромной скоростью перемещаться вокруг нее. Так формируются радиационные пояса в атмосфере Земли на высоте 4000 и 17000 км. 

Иногда частицы из радиационного пояса опускаются ниже и взаимодействуют на нашей планете с атомами кислорода и азота, что и вызывает характерное свечение. На Юпитере в результате того же процесса возбуждаются атомы водорода. Но светятся они в ультрафиолетовом диапазоне.

Каждое полярное сияние на Земле уникально. Оно имеет разный диапазон свечения, форму и продолжительность. Это связано с неравномерным составом атмосферы и погодными явлениями.

Виды северного сияния

Есть множество градаций, по которым подразделяют разновидности свечений в небе.

В зависимости от причины появления полярного сияния, его делят на:

1. Электронные. Они возникают, когда с частицами в воздухе сталкиваются заряженные электроны. В этом случае появляются все яркие авроры, которыми восхищаются люди.
2. Протонные. Малоизученное явление. Чаще всего протоны сталкиваются с воздухом во время геомагнитных бурь. При этом свечение может оказаться невидимым для человеческого глаза. Но его можно рассмотреть на фото полярных сияний.
3. Стив. Уникальное явление, зарегистрированное в 2017 году в Канаде. Полосу ярко-фиолетового цвета вызвал поток горячего газа при температуре около 3000° С. Ненаучное название дал явлению первооткрыватель Крис Ратцлафф, вдохновившись мультфильмом «Лесная братва». Позже в НАСА Элизабет МакДоналд придумала для термина подходящую расшифровку – сильное повышение скорости теплового излучения. В оригинале аббревиатура фразы выглядит как STEVE.

В зависимости от того, с какими элементами сталкиваются заряженные частицы, вызывается различные цвета. Так кислород светится в красном спектре. Азот – зеленовато фиолетовый. Также на Земле наблюдаются голубые и очень редкие белые полярные сияния. 

По форме единой развернутой классификации у сияний нет. Обычно выделяют пятна, дуги, короны, занавеси и драпри (выглядит, как рябь на воде). Ученые упрощают многообразие аврор всего до 2 разновидностей: диффузных и точечных.

Диффузное

Это размытые однородные пятна в небе. Подобное свечение спокойное, неяркое. Оно может оставаться в небе достаточно долго, вплоть до нескольких часов. Но его не всегда заметно даже в темную ночь. Иногда помогает только фотокамера с высокой светочувствительностью.

Точечное, дискретное северное сияние

Это все яркие лучистые структуры на небе. Обычно они распространяются по магнитным линиям. Дискретные авроры недолговечны. Иногда они существуют не дольше нескольких секунд. 

Как часто происходит северное сияние?

Гарантировать, что путешественник на севере обязательно увидит аврору нельзя. В некоторых регионах оно появляется до 200 раз в год, тогда как в других всего пару раз. Но ученые обнаружили ряд факторов, которые помогут увеличить шансы увидеть уникальное зрелище. 

Возникновение полярного сияния связано с геомагнитной и солнечной активностью, в периоды так называемых «бурь» вероятность повышается. При этом сильные возмущения могут провоцировать авроры даже на более низких широтах, чем обычно.

Где лучше наблюдать за северным сиянием?

Полярное сияние обычно видно на широком неровном кольце вокруг магнитного пояса планеты. Оно располагается в районе 77-79 параллелей и имеет ширину около 19 градусов. Непосредственно возле полюса авроры наблюдаются гораздо реже, в основном во время авроральных суббурь.

Если перейти в более практическую плоскость, то для поиска новых впечатлений лучше отправиться в:

• скандинавские страны: Швеция, Исландия, Финляндия, но особенно полярные сияния «любят» норвежский остров Шпицберген;
• Англию или Шотландию;
• Канаду или Аляску;
• Кольский полуостров и север РФ в целом.

Южные полярные сияния в основном можно наблюдать в Антарктиде и Индийском море. Но также они появляются на мысе Уиллсона в Австралии, в Тасмании, Новой Зеландии и на юге Аргентины. 

Наиболее подходящее время для наблюдений

По большей части это достаточно случайный процесс. Иногда аврору можно ждать по несколько суток и даже недель в зависимости от региона.

Но для повышения шансов, можно ориентироваться на цикличность процессов:

1. Суточный. Чаще всего зрители наблюдают авроры в период с 21 часов вечера до 2 часов ночи по местному времени. 
2. Сезонный. Сияния появляются чаще в период весеннего (20 марта) и осеннего (22-23 сентября) равноденствия, а также в течение 27 суток до и после. Поэтому на «охоту» за авророй лучше отправляться весной или осенью. 
3. Солнечный. У нашей звезды существует 11-летний пик активности. В 2019-2020 годах Солнце прошло через минимум активности и вступило в новую фазу. Ее пик, а значит и наиболее яркие виды полярных сияний, предсказываются на лето-осень 2025 года.

Нередко полярные свечения становятся незаметными из-за искусственного освещения городов, высокой облачности. Поэтому наблюдать их лучше на природе и только в ясную погоду.

Как увидеть северное сияние в России?

Наблюдать аврору проще всего в арктической зоне РФ. Наиболее благоприятный период – с середины сентября до начала апреля. Для выбора цели путешествий можно воспользоваться специальными и достаточно недорогими турами. 

Но если хочется отправиться в самостоятельное путешествие, есть несколько наиболее удобных целей:

• Мурманск;
• Хибины;
• Воркута;
• Архангельск;
• Хатанга.

На поезде или самолете можно добраться по большей части лишь до крупных городов, где из-за искусственного освещения ничего не получится увидеть. Поэтому стоит подготовиться к автобусному или автомобильному путешествию примерно на 100 км от города в близлежащие поселки. Так шансы будут гораздо выше. 

По приезду придется дождаться ясной погоды. Лучшие снимки получатся с профессиональным фотоаппаратом на треноге с утяжелением, чтобы компенсировать сильный ветер.

Заснять полярное сияние можно и на обычный телефон, если выставить параметры:

• ISO 1500—3000;
• f/2.8;
• выдержка 5—25 секунд. 

Искусственные «северные сияния»

Полярные сияния можно создать на планете вручную. Но делается это не для развлечений, а ради научных исследований.

Всего в истории было зафиксировано 3 подобных эксперимента:

1. США – 1958 год. За август и сентябрь было взорвано 5 атомных бомб над островами Мауи и Апиа на высоте 40,70 и 480 км. Результатом стали полярные сияния, которые переливались из малинового в фиолетовый, а потом в зеленый.
2. СССР – 1973 год. Ракетный комплекс «Зарница» с помощью ускорителя электронов вызвал розовое полярное свечение на высоте 100-180 км.
3. СССР и Франция – 1985 год. Ракета Аракс стартовала вдоль силовой линии из французского острова Кергелен к поселку Согра возле Архангельска. С помощью ускорителя электронов получилось вызвать искусственную аврору, но из-за облачности с поверхности планеты она осталась невидимой.

Эксперименты использовались не только для практического воссоздания полярных сияний и изучения причин их появления. Полученная информация позволила больше понять о работе магнитосферы планеты в целом.