Разгадана тайна полярного сияния на Земле
Ученые Университета Айовы (США) раскрыли механизм возникновения полярного сияния. Согласно исследованию, электромагнитные волны в плазме, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля (их называют альвеновские волны), действуют как ускоритель частиц.
В составе солнечного ветра существуют электроны, движущиеся со скоростью 72 миллиона километров в час. Попадая в магнитное поле Земли, они ускоряются вдоль силовых линий и попадают в верхние слои атмосферы. Здесь они сталкиваются с молекулами кислорода и азота. Именно они при столкновении и начинают излучать свет.
Подобное явление зафиксировали приборы космических аппаратов над полярными сияниями. Ученые провели ряд экспериментов на Большом плазменном аппарате (LPD) в Лаборатории фундаментальных исследований плазмы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе с использованием численного моделирования.
Опыты подтвердили, что альвеновские волны действительно способствуют ускорению электронов, вызывая эффект полярного сияния. Происходит физический процесс затухания Ландау: энергия электромагнитной волны поглощается более медленно движущимися электронами, которые получают необходимое ускорение и в условиях земной атмосферы производят реакцию с молекулами кислорода и азота.
Как считают исследователи, этот эксперимент впервые доказал способность альвеновских волн производить ускоренные электроны, вызывая полярное сияние.
Источник
Северное сияние – что это, виды, как образуется, где происходит, фото и видео
Северное сияние – удивительное явление, встречающиеся в северных и южных широтах Земли. Временами такое явление встречается в Англии или Флориде, а еще на Южном полюсе. Поэтому правильней называть северное сияние – полярное сияние. Подобный феномен можно встретить и на остальных планетах нашей системы.
Что такое северное сияние?
Северное сияние это красивые переливы в верхних участках атмосферы планеты. Там есть магнитосфера, так как часты соприкосновения с заряженными крупицами солнечных ветров. Представляет собой миллионы миниатюрных огоньков, которые отчетливо виднеются в небе. Они могут быть разной формы, цветов, размеров. В считанные секунды небеса окрашиваются всем спектром оттенков и сияют на протяжении многих километров. В это время может складываться ощущение, что на улице день.
Полярное сияние во все времена поражало людей своей грандиозностью. Некоторые суеверные народы боятся данного явления, а некоторые просто восхищаются его красотой.
Красота северного сияния
Михаил Ломоносов выявил главную причину возникновения северного сияния – она заключалась во взаимодействии электрических токов в атмосфере. Заряженные частички Солнца, попадая в атмосферу планеты, взаимодействуют с воздухом, после чего появляются волшебные переливы огоньков.
Планета – магнит для заряженных частичек, образующий магнитные поля, благодаря металлическому ядру. Данное притяжение манит все заряженные объекты и направляет в сторону своих магнитных полюсов. В Северном и Южном полушарии солнечный ветер сталкивается с земной атмосферой, создавая напряжение, преобразующееся в свет, что и является северным сиянием.
Северное сияние
Атомы начинают постепенно успокаиваться, появляется световой фотофон. При потере азотом электронов цвет сияния будет синих и фиолетовых оттенков. Если азот ничего не теряет – красноватых, а если с электроном будет взаимодействовать кислород, то возникают зеленые и красные оттенки.
Виды северного сияния
Северное сияние разделяется на два основных вида: диффузное, дискретное.
Диффузное
Диффузное – в виде безликого свечения в атмосфере. В отличие от точечного, его можно даже не увидеть невооруженным глазом с учетом полной темноты.
Точечное, дискретное северное сияние
Точечные, иначе называемые дискретными, могут быть разной яркости. Увидеть х можно лишь глубокой ночью, так как днем они просто неразличимы. На севере России явление прозвали северным полярным, туда ежегодно приезжает множество туристов, желающих наблюдать данное явление.
Как образуется северное сияние?
Образование авроры связано с высвобождением частичек света в верхних участках атмосферы. Высота образования – около 80 километров над земной поверхностью. Сияние возникает из-за того, что мельчайшие частица азота и кислорода сталкиваются между собой, постепенно приобретая возбужденное состояние.
Возникновение северного сияния
Когда все успокаивается, электрон полностью восстанавливается, образуя световые кванты. Взаимодействие с разными атомами газов приводит к смене свечения на другой цвет.
Роль кислорода
Кислород – наиболее необычный элемент, ввиду его возвращения в исходное состояние, занимающее менее секунды. Излучение зеленого света длится не более двух минут, после появляется красный.
Свечение кислорода
Сталкиваясь с другими атомами, происходит поглощение энергии и свет прекращает излучаться. Подобные столкновения случаются не так часто, потому что в тех участках атмосферы очень мало кислорода. Все чаще столкновения происходят по мере передвижения ближе к земле, поэтому красное свечение прекращается по мере приближения к земле, а зеленое и вовсе полностью исчезает возле поверхности.
Роль солнечного ветра и магнитосферы
Постоянно вокруг планеты проходят солнечные ветры окружает планету, он представляет собой разряженные частицы раскаленной плазмы, которые по всем направлениям исходят от Солнца. Ветер получается из-за влияния миллионов градусов короны Солнца.
Солнечный ветер приближается к планете на скорости 400 км/с. Его плотность составляет примерно 5 ионов на кубический сантиметр. Напряженность магнитных полей измеряют в Теслах, для плазмы она составляет от двух до пяти. Когда на Солнце происходят магнитные бури, плазма движется быстрее. Межпланетные магнитные поля появляются на Солнце в местах возникновения солнечных пятен, солнечный ветер быстро распространяется силовыми линиями на космические просторы.
Земная магнитосфера
Формирование земной магнитосферы тесно связано с воздействием солнечных ветров на магнитное поле планеты. Магнитосфера препятствует попаданию солнечных ветров на Землю, отвлекает их на приличном состоянии и ударяет магнитными волнами. Ширина магнитосферы примерно равна 30 земным радиусам, а на темной стороне планеты увеличивается до 200 радиусов. Поток плазмы в магнитосфере становится больше по мере увеличения плотности, турбулентности ветров.
Помимо перпендикулярного столкновения планеты с магнитосферой, плазменные потоки могут передвигаться по направлениям вверх и вниз. Они полностью теряют энергию в областях авроры, из-за чего и появляется свечение.
Как часто происходит северное сияние?
Встречается на территориях России, Северной Америки и Аляски. Могут встречаться не одинаково часто, периодически их количество сильно меняется. Возникновение северного сияния напрямую зависит от солнечной активности на данный момент времени. Раз в 11,5 лет сияния появляются крайне часто, после чего активность несколько угасает.
Северное сияние
Почему возникает северное сияние?
В основном, наблюдать северное сияние можно только на магнитных полюсах Земли, выглядит явление как зелено-красное свечение, которое по мере приближения к поверхности постепенно угасает. Точечные сияния показывают то, как выглядит магнитное поле на данных момент, а также иго изменения в определенные промежутки от минуты, до нескольких часов. Часто авроры появляются возле равноденствия.
Северное сияние крайне яркое в те моменты, когда солнечные ветры дуют интенсивнее. Ионы сталкиваются между собой, вокруг полюсов появляются целые круги из света. Полярное сияние бывает не только на Земле, но и на остальных планетах. Появляются из-за столкновения ионов кислорода, заряженного ветра на территории магнитосферы планеты, различия в цвете можно объяснить видами сталкивающихся газов.
Влияние солнечной активности
Связь между активностью Солнца и полярным сиянием впервые заподозрили в конце XIX века, спустя 70 лет провели новые исследования, благодаря которым природа авроры стало известна каждому жителю планеты.
Из-за встречи заряженных частиц различных газов возникает свечение. Солнечная поверхность имеет температуру примерно в 6 тысяч, а вот ее корона разогревается до миллионов градусов по Цельсию. Ионы сталкиваются крайне интенсивно, свободные положительные и отрицательные частицы вырываются из атмосферы Солнца, вылетая на свободу в бескрайние просторы космоса.
Почему возникает северное сияние?
Получившийся ветер попадает в околоземное пространство, где перемещаются магнитным полем в сторону земных полюсов. Наша планеты надежно защищает нас от солнечных ветров.
Где наиболее подходящее место для наблюдения Северного сияния
На каком полюсе планеты можно увидеть северное сияние?
Северное сияние можно встретить на обоих полюсах планеты. Оно выглядят как неправильный эллипс с центром, расположенным прямо над магнитными полюсами Земли. Ученые выяснили, что полярные сияния полностью отражают друг друга на обоих полюсах Земли. Полностью повторяется не только форма, но и размеры и цвет.
Где лучше наблюдать за северным сиянием?
Так как явления появляются исключительно возле магнитных полюсов, авроры следует наблюдать на территориях за границей северного полярного круга. Еще их можно встретить наблюдают на юге Гренландии, Исландии, в Норвегии и Сибири. Явления можно увидеть на обоих полюсах, в Антарктиде и на юге Индийского океана.
Лучше всего наблюдать явление на темных территориях (вдали от освещенных городов, трасс), полностью отключив все гаджеты.
Наиболее подходящее время наблюдений
Полярное сияние представляет собой цикличное явление, пик которого наблюдается каждые 11 лет, поэтому именно в этот период солнечная активность достигает своего пика. Предыдущий пик наблюдался в 2013 году, а ближайший будет в 2024.
Северное сияние вид из космоса
Зима на Северном полюсе планеты – лучший период для наблюдений. В это время день длится совсем мало, зато ночи длинные и темные. Самое лучшее время для наблюдений – полночь.
Звуки, генерируемые северным сиянием
Временами на специальное оборудование можно зафиксировать звуки, издаваемые сиянием. Это разнообразные шумы вроде хлопков, треска и белого шума, они очень короткие и едва уловимые. Ученые долгое время не могли выявить существование звуков – они появлялись настолько редко, что можно было списать на неисправность аппаратуры.
Звук тяжело зафиксировать – авроры располагаются слишком далеко от земной поверхности. Исследователи финского университета доказали существование шумов, записав их. Звук появился на расстоянии в 70 метров над поверхностью из-за взаимодействия заряженных частиц и газов. Звуки крайне редкие, поэтому счастливчиков, что смогли их услышать, не так много. Образование шумов возможно только в высокую солнечную активность в безветренную погоду без прочих раздражителей.
В каких странах можно наблюдать северное сияние?
Самыми прекрасными считаются те сияния, которые замечаются в высоких широтах планеты, на территориях Аляски, Канады, северных скандинавских народов. Также наблюдаются на юге Гренландии. Больше всего северных сияний наблюдается в период высокой солнечной активности. Дешевле всего увидеть полярное сияние можно в Мурманске.
Как увидеть северное сияние в России?
Чтобы увидеть северное сияние, нужно быть готовым ко многим ситуациям. Стоит понимать, что ожидание возникновения сияния может занять продолжительное время. Будут и бессонные ночи, так как шанс увидеть огни больше именно в ночное время. В облачную погоду лучше идти в кровать – северного сияния не будет видно точно также, как и звезд на небе.
Погода и освещение населенных пунктов сильно портят все планы – лучше всего выбираться за город. Сияние часто бывает слабым, огни городов только заглушают его красоту.
За полярным кругом крайне холодные ночи, поэтому одежду стоит подбирать с умом – не стоит брать холодные вещи. В машине должен быть дополнительный бензин, можно взять термос с горячим чаем. Также можно взять дрова и жидкость для розжига, соорудить костер и греться об него. На костре можно также пожарить романтический ужин.
На територии России Северное сияние хорошо наблюдать в Архангельской и Мурманской области, республике Коми, Таймырском полуострове и в Хибинских горах.
Искусственные «северные сияния»
Похожее на полярное сияние свечение появлялось после экспериментов министерства обороны Соединенных Штатов с ядерными взрывами в верхних слоях атмосферы в июле 1957 — декабре 1958. Испытания проводились для изучения полярного сияния и радиационного пояса Земли.
Свечение в виде малиновой дуги с лучами замечали в начале августа 1958 на Гавайских островах и в районе острова Апиа после взрывов на высоте 70 и 40 км в центре Тихого океана над атоллом Джонсон. Другое подобное явление наблюдалось в конце августа — сентябре того же года в Атлантическом океане после трех взрывов операции «Аргус», прогремевших в сотнях километрах над поверхностью. Красное свечение также заметили на другом конце магнитного поля — на Азорских островах.
Полярное сияние — лабораторная модель
Эксперименты показали, что ядерные взрывы в десятках километров над землёй привели не только к свечению газов, но и к серьезным возмущениям в магнитном поле и ионизированных слоях атмосферы.
Искусственные полярные сияния были вызваны электронами, образовавшимися в момент ядерного взрыва после b-распада. Эти высокоэнергетические частицы двигаются по касательной к магнитному полю Земли и, сталкиваясь с молекулами азота и кислорода, вызывают свечение возбужденных газов в верхних слоях атмосферы. Подобные исследования образов позволили понять естественный механизм появления полярного сияния и связанных с ними природных явлений.
След от ракеты
Помимо заряженных частиц, свечение верхних слоев атмосферы вызывают выбросы натрия и калия из двигателей взлетающих ракет. Механизм этого явления далек от полярного сияния и ближе скорее к обычному свечению воздуха, вызванному естественными причинами.
Существует еще один антропогенный феномен свечения высоких слоев атмосферы, обусловленный выбросами ракетами газообразного натрия или калия. Это явление можно назвать искусственным свечением в отличие от искусственного полярного сияния, так как его причины близки к тем, которые вызывают естественное свечение воздуха.
Северное сияние и легенды
Любые природные явления поражали древних людей, так как не были изучены. Полярному сиянию также приписывали мистическое происхождение. Некоторые северные народа предполагали, что боги так радуются и наблюдатели могут ожидать счастья. Некоторые, напротив, ожидали лишь неприятностей от божества огня. У различных северных народов были свои легенды о северном сиянии.
Жители Норвегии упоминали о радужном мосте, по которому боги сходили на землю. Некоторые предполагали, что сияние появляется из-за огней в руках валькирий, отражающихся от их доспехов и искажающихся в удивительные узоры. Другие предполагали, что так танцуют почившие девушки.
Финские народы считали, что сияние появляется из-за горящей реки Ружу, разделяющий мир живых и мертвых.
Эскимосы, проживающие на территориях Северной Америки, верили, что сияние можно вызвать свистом, а убрать простым хлопком в ладоши.
Эскимосы, проживающие на Аляске, опасались сияния. Они считали, что оно приносит лишь беды и несчастья. Перед выходом на улицу во время сияния каждый брал с собой оружие. Также считалось, что долгие наблюдения за огнями приводят к сумасшествию.
Возможно, даже за мифы о драконах мы должны быть благодарны авроре. Величайшая битва Святого Георгия и дракона также могла быть связана с северным сиянием.
Источник