Как происходит полярное сияние



Полярное сияние (северное сияние — лат. aurora borealis, южное — aurora australis) — свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

  • 1 Природа полярных сияний
  • 2 Полярные сияния Земли
    • 2.1 Искусственно созданные

  • 3 Полярные сияния других планет Солнечной системы
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
  • 6 Примечания
  • 7 Литература

Природа полярных сияний

Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства (Авроральные течения), 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 обусловливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния Земли

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.


В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивно излучение основных компонентов атмосферы — азота и кислорода, при этом наблюдаются их линии излучения как в атомарном, так и молекулярном (нейтральные молекулы и молекулярные ионы) состоянии. Самыми интенсивными являются линии излучения атомарного кислорода и ионизированных молекул азота.

Свечение кислорода обусловлено излучением возбужденных атомов в метастабильных состояниях с длинами волн 557.7 нм (зелёная линия, время жизни 0.74 сек.) и дублетом 630 и 636.4 нм (красная область, время жизни 110 сек). Вследствие этого красный дублет излучается на высотах 150-400 км, где вследствие высокой разреженности атмосферы низка скорость гашения возбужденных состояний при столкновениях. Ионизированные молекулы азота излучают при 391.4 нм (ближний ультрафиолет) 427.8 нм (фиолетовый) и 522.8 нм (зелёный).

Спектр полярных сияний меняется с высотой и зависимости от преобладающих в спектре полярного сияния линий излучения полярные сияния делятся на два типа: высотные полярные сияния типа A с преобладанием атомарных линий и полярные сияния типа B на относительно небольших высотах (80-90 км) с преобладанием молекулярных линий в спектре вследствие столкновительного гашения атомарных возбужденных состояний в сравнительно плотной атмосфере на этих высотах.

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. Так, за одно из зарегистрированных в 2007 году возмущений выделилось 5·1014 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.

Считалось, что полярные сияния в северном и южном полушарии являются симметричными. Однако одновременное наблюдение полярного сияния в мае 2001 из космоса со стороны северного и южного полюсов показало, что северное и южное сияние существенно отличаются друг от друга[1].

Искусственно созданные

Полярные сияния можно создать искусственно и затем изучать. Этому был посвящен, например, советско-французский эксперимент АРАКС, проведённый в 1975 году.

Полярные сияния других планет Солнечной системы

Магнитные поля планет-гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обусловливает 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.

На изображении полярного сияния Юпитера, сделанного космическим телескопом «Хаббл» заметны такие проекции: Ио (пятно с «хвостом» вдоль левого лимба), Ганимеда (в центре) и Европы (чуть ниже и справа от следа Ганимеда).

См. также

  • Магнитопауза
  • Магнитосфера
  • Радиационные пояса планет
  • Солнечный ветер
  • Авроральные течения

Ссылки


  • Видеоролик полярного сияния 1 марта 2011 года
  • Полярные сияния в средних широтах (Беларусь)
  • Над Индийским океаном произошло северное сияние
  • В.ПСАЛОМЩИКОВ Небесные сполохи и загадки Земли
  • Фёдор Юрчихин Наш дом — Земля (2)  (рус.). Полярные сияния. Федеральное космическое агентство. — Фотографии летчика-космонавта России Фёдора Юрчихина во время полета 25-й экспедиции на МКС. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 9 ноября 2010.
  • Northern Lights Gallery
  • Фотографии: Арктика, Полярное сияние
  • Astronomy Picture of the Day  (англ.) (20 сентября 2010). Проверено 9 декабря 2012.
  • Фотографии полярного сияния с Кольского полуострова

Литература

  • Александров Н. Л. Полярные сияния // Соросовский образовательный журнал, 2001, № 5, с. 75-79;
  • Булат В. Л. Оптические явления в природе. // М., Просвещение, 1974, 143 с;
  • Мишин Е. В., Рушин Ю. Я., Телегин В. А. Взаимодействие электронных потоков с ионосферной плазмой. // Л., Гидрометеоиздат, 1989, 264 с.
  • Исаев С. И. Полярные сияния. // Мурманск, Книж. изд-во, 1980, 141 с.;
  • Мизун Ю. Г. Полярные сияния. // М., Наука, 1983, 136 с.;
  • Зверева С. В. В Мире солнечного света. // Л., Гидрометеоиздат, 1988, 160 с.;

Источник: dal.academic.ru

Как образуется северное сияние?

Северное сияние — прекрасное и захватывающее явление в атмосфере Земли, но его красочные узоры начинаются с Солнца. Оно возникает, когда сильно заряженные частицы из атмосферы Солнца, гонимые солнечным ветром движутся, через атмосферу Земли.

Солнечный ветер представляет собой поток плазмы состоящей из электронов и протонов, которая истекает из солнечной короны в космическое пространство со скоростью около 900 километров в секунду.

Когда солнечный ветер и заряженные частицы входят в атмосферу нашей планеты, они тянутся к полюсам из-за магнитной силы Земли. Во время движения заряженные частицы Солнца сталкиваются с атомами кислорода и азота, находящимися в земной атмосфере, в результате чего образуются полярные сияния.

Столкновения между атомами и заряженными частицами происходят от 32 до 332 км над поверхностью Земли, и именно высота, и тип атома, участвующих в столкновении, определяют цвет полярных сияний.

Ниже приведен список элементов, которые вызывают различные цвета полярных сияний:


  • Красный — кислород, более 241 км над земной поверхностью.
  • Зеленый — кислород, до 241 км над поверхностью Земли.
  • Пурпурный/Фиолетовый — азот, более 96 км над поверхностью Земли.
  • Синий — азот, до 96 км над земной поверхностью.

По данным Центра исследований северного сияния, зеленый цвет является наиболее распространенным цветом в полярных сияниях, в то время как красный встречается редко.

В дополнение к свечению различными цветами, Аврора Бореалис образует различные формы. Это связано с тем, что при столкновении атомы и заряженные частицы постоянно смещаются вдоль магнитных токов земной атмосферы, а реакции этих столкновений следуют за токами.

Прогнозирование полярных сияний

Сегодня современные технологии позволяют ученым прогнозировать полярные сияния, так как они могут определять силу солнечного ветра. Если солнечный ветер будет сильным, то активность свечения будет высокой. Это связано с тем, что более заряженные частицы из атмосферы Солнца будут перемещаться в атмосферу Земли и взаимодействовать с атомами азота, и кислорода. При наивысшей активности полярные сияния можно увидеть на больших участках земной поверхности.


Полярные сияние могут быть прогнозированными, как и ежедневные прогнозы погоды. Они определяются Геофизическим институтом при университете в Фэрбенксе, в Аляске. Эти прогнозы предсказывают наиболее активные места для полярных сияний в течение определенного времени и дают диапазон, показывающий силу активности свечений. Диапазон начинается с 0, что является минимальной активностью, которая просматривается только в широтах Полярного круга, и заканчивается на уровне 9, который означает максимальную активность.

Пик полярных сияний обычно следует за одиннадцатилетним циклом солнечной активности. Во время этого цикла увеличивается  количество солнечных пятен и Солнце демонстрирует интенсивную магнитную активность. В результате северные сияния наиболее сильные в этот период. Согласно этому циклу следующий пик Авроры Бореалис должен произойти в 2024 году.

Обычно зима — это лучшее время для наблюдения за полярными сияниями, потому что в это время года над Полярным кругом наступает полярная ночь.

Наблюдать за северным сиянием лучше всего в таких местах, как Национальный парк Денали на Аляске, Йеллоунайф в Северо-Западных территориях Канады и Тромсё в Норвегии.

Значение полярных сияний

Полярные сияния описывались и изучались людьми на протяжении большей части истории человечества. Например, многие древние мифы говорят о таинственных огнях на небе, и некоторые средневековые цивилизации боялись их, поскольку они считали, что огни являются признаком предстоящей войны и/или голода. Другие цивилизации полагали, что полярное сияние было духом их предков и великих охотников.


Сегодня полярное сияние признано важным природным явлением, и многие люди отправляются в северные широты, чтобы наблюдать за ним. Некоторые ученые посвящают большую часть своего времени изучению этого явления. Полярное сияние также считается одним из семи природных чудес света.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

Северное или Полярное сияние — красивейшее явление, хорошо знакомое жителям приполярных регионов.

По древненорвежским легендам северное сияние — это мост, соединяющий мир богов и людей. Именно по нему величайшие скандинавские боги спускались к людям.

Эскимосы считали северное сияние предвестником хорошей погоды, но долго смотреть на него не любили. Эскимосские легенды гласят: если долго смотреть на танец богов, можно и с ума сойти.

Наука, в свойственной ей манере, за короткий период отбросила легенды и дала Северному сиянию строгое физическое объяснение и определение.

Северное сияние. Наиболее частый цвет — зеленый

Что такое «Северное сияние»?

Это свечение верхних слоев атмосферы, вызванное возбуждением (ионизацией) заряженными частицами солнечного ветра атомов и молекул газов входящих в ее состав.

Откуда оно берется?

Солнце постоянно выбрасывает в окружающее пространство плазму и потоки частиц, причем сила этого излучения такова, что если бы у Земли не было магнитного поля, жизни на планете не было бы тоже: солнечный ветер стерилизовал бы поверхность.

Заряженные частицы солнечного ветра, передавая часть своей энергии атомам газов атмосферы, вызывают свечение, именуемое северным сиянием.

Полярное сияние из космоса (снимок с МКС)

Почему чем ближе к полюсу, тем больше возможность увидеть Северное сияние?

Магнитное поле Земли имеет определенную форму. Именно вдоль его линий частицы солнечного ветра перемещаются в сторону полюсов.

Кстати, магнитных полюса у планеты два. Поэтому правильнее говорить Полярные сияния, так как они равновероятно наблюдаются и в самых северных, и в самых южных широтах.

Магнитное поле Земли защищает от опасного Солнечного ветра

Когда и где лучше наблюдать Северные сияния?

Чем сильнее солнечная активность, тем сильнее сияния. Лучшие наблюдаются во время сильнейших солнечных вспышек. (Поэтому, кстати, северные сияния можно предсказать за три-пять дней, так как солнечному ветру необходимо время, чтобы добраться до Земли).

В периоды максимальной вспышечной активности Полярные сияния наблюдались даже в средних широтах!

Идеальны для наблюдения северные регионы в зимнее время. В летнее время сияния возникают регулярно, но в высоких широтах царит Полярный день и вы просто не сможете что-то разглядеть на дневном небе.

Идеально наблюдать зимой в Северных (а точнее приполярных) регионах

В России можно смело ехать в Мурманскую область, республику Коми, север Архангельской области, ну а для экстремалов — на Таймыр, Чукотку или Ямало-Ненецкий АО.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.