Что такое северное сияние
Перейти к содержимому

Что такое северное сияние

  • автор:

# Северное сияние

Северное сияние (также полярное сияние или аврора бореалис (Aurora Borealis)) — свечение верхних слоев атмосферы планет, вызванное столкновением с заряженными частицами солнечного ветра. Северное сияние может образовываться не только на планете Земля, но и на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Данное явление возникает от соприкосновения заряженных частиц плазменного слоя (околоземная область космоса) с верхней атмосферой, вследствие чего входящие в ее состав атомы и молекулы газов активизируются. Северное сияние образуется в слоях стратосферы около магнитного полюса и проявляется в виде зеленовато-красного свечения. Свое влияние на возникновение сияния оказывают резкие изменения магнитного поля Земли. Оно захватывает частицы солнечного ветра, которые перемещаются по полюсам Земли и сталкиваются с ее атмосферой, что приводит к образованию свечения. Ученые выделяют диффузное и точечное сияние. Первое появляется в виде не всегда заметного, безликого свечения в небе. Точечные сияния бывают намного ярче, но увидеть их можно только ночью. Северное сияние можно наблюдать в Северном и Южном полушариях. Самым удачным сезоном для его наблюдения считается период между осенним и весенним равноденствием, с 21 сентября по 21 марта, так как в эти дни в северных широтах рано темнеет. Наиболее подходящими регионами для наблюдения северного сияния считаются район Кильписъярви в Финляндии, норвежская часть Лапландии, а также практически любая точка Исландии. В России это явление лучше всего наблюдать на Кольском полуострове. Первым суть этого явления еще в XVIII веке пытался объяснить Михаил Ломоносов. Фото: Unsplash/Pixabay

Десять лет истории науки: полярное сияние у вас дома
156 лет назад родился ученый, объяснивший природу полярного сияния
13 декабря 2023, 09:00
У спутников Юпитера ревут космические хоры невероятной силы
07 августа 2018, 15:51
На Сатурне полярные сияния бывают даже в полдень
05 июня 2018, 19:40
Группа в Facebook помогла раскрыть загадку пурпурных небесных огней
16 марта 2018, 15:21
Вспышки на Солнце вызвали сияния во всей марсианской атмосфере
01 октября 2017, 15:14
Аппарат Juno помог впервые изучить полярные области Юпитера
26 мая 2017, 13:12
Полярные сияния на Юпитере

В журнале Science опубликованы первые результаты исследующего Юпитер космического аппарата Juno. На фотографии совмещены изображения Юпитера, сделанные телескопом Hubble, и наблюдения полярных сияний на планете, сделанные в ультрафиолетовом диапазоне

26 мая 2017, 11:27
Любители полярного сияния нашли на небе полосатого «Стива»
25 апреля 2017, 12:11
Астрономы обнаружили гигантское холодное пятно на Юпитере
12 апреля 2017, 13:45
Hubble запечатлел полярные сияния на Уране
11 апреля 2017, 15:43
Совершен первый коммерческий полет в зону полярных сияний
25 марта 2017, 17:49
Полярное сияние
15 марта 2017, 11:42

  • Новости
  • События
  • Фото дня
  • Цифровая энциклопедия
  • Дискуссионный клуб
  • Открытия российских ученых

Indicator, 2024 г. 18+

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Все права защищены. Полное или частичное копирование материалов Сайта в коммерческих целях разрешено только с письменного разрешения владельца Сайта. В случае обнаружения нарушений, виновные лица могут быть привлечены к ответственности в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Полярное сияние

P.14.3

Полярное сияние возникает в результате взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли. Солнечный ветер обычно усиливается при максимальной солнечной активности, которая циклически наблюдается каждые 10–12 лет. На стадии роста солнечной активности пятна на Солнце обозначают зоны магнитной солнечной активности, связанные с солнечными вспышками и коронарными массовыми выбросами. На стадии снижения возрастающая скорость солнечного ветра часто связана с коронарными дырами, которые позволяют заряженным частицам улетать вдоль линий магнитного поля.

Полярное сияние вызвано электрически заряженными частицами, излучаемыми Солнцем (солнечный ветер), воздействующими на разреженные газы в верхней атмосфере. Эти частицы, в основном электроны и протоны, захватываются магнитным полем Земли и сталкиваются с атомами и молекулами газов в верхней атмосфере (термосфере и экзосфере). В результате столкновений электроны атомов азота и кислорода на время переходят в «возбужденное» энергетическое состояние. После их возвращения в нормальное энергетическое состояние некоторая часть высвобожденной энергии излучается в виде фотонов света с разной длиной волны. Полярное сияние чаще всего наблюдается в дугах вокруг магнитных полюсов («авроральных овалах»).

Коронарные массовые выбросы или солнечные вспышки могут на время усиливать солнечный ветер, достигающий магнитосферы Земли, иногда вызывая геомагнитные бури. В это время авроральные овалы на время увеличиваются, и полярное сияние можно наблюдать в более низких широтах. В Северном полушарии полярное сияние обысно называется «северное сияние» (aurora borealis). В Южном полушарии оно называется «южное сияние» (aurora australis). Полярное сияние в основном наблюдается на высотах от примерно 90 км до 150 км, но иногда опускается до 60 км, а в некоторых случаях поднимается до 1000 км и более.

Текст, который дается в рамках серого цвета, как в этом случае, представляет собой дополнение I к Техническому регламенту (ВМО-№ 49) и имеет правовой статус стандартной практики и процедур.

Северное сияние: где можно увидеть одно из самых красивых явлений природы

Фото: Freepik

Северное сияние, или аврора (Aurora Borealis), — это оптическое явление, при котором верхний слой атмосферы планеты светится зелеными, красными, желтыми, синими и фиолетовыми цветами [1]. В Южном полушарии, например в Австралии, тоже можно наблюдать это явление, его называют южным сиянием.

Сияния на Северном и Южном полюсах называют еще полярными. Северное сияние более популярно среди туристов, так как за ним можно наблюдать в более доступных для человека местах.

Первым природу возникновения этого явления раскрыл Михаил Ломоносов [2]. Полярное сияние происходит из-за столкновения магнитосферы Земли с солнечным ветром. Особенно яркое сияние можно наблюдать после вспышек на Солнце, когда выделяется целое облако заряженных частиц. В последний раз крупное сияние после вспышки было зафиксировано в 2014 году, следующее, по прогнозам Национального управления океанических и атмосферных исследований США, ожидается в 2025-м [3].

Северное сияние с Земли
(Видео: YouTube)

Как образуется северное сияние

Солнечный ветер — это заряженные частицы, протоны и электроны, которые отделяются от верхнего слоя атмосферы Солнца. Они устремляются к полюсам Земли под влиянием магнитного поля. Простыми словами, Северный и Южный полюса Земли примагничивают частицы. Они ионизируют атмосферные газы, и в результате высвобождается энергия в виде света.

В зависимости от того, с какими веществами взаимодействует солнечный ветер, такой цвет приобретает сияние. Например, кислород светится красным и зеленым, азот — синим и фиолетовым. Сияние образуется чаще всего на высоте около 90–150 км [4].

Северное сияние — зрелищная часть магнитной бури. Эта фаза называется «суббурей» [5]. Ее длительность — около полутора часов. Как это выглядит с Земли: в небе появляется ровная дуга, которая начинает изгибаться. Затем по ней идут волны, она разрывается, и сияние охватывает все небо. Из космоса полярное сияние выглядит как кольцо или венок, ширина которого зависит от мощности солнечной вспышки.

Северное сияние из космоса
(Видео: Roscosmos Media / YouTube)

На свечение тратится лишь 5% всей энергии, остальное — на электрические токи и ионизацию газов. Из-за этого на Земле во время полярного сияния могут возникнуть сбои в работе теле- и радиоприборов, перепады напряжения и другие помехи, даже железнодорожные стрелки могут передвигаться самостоятельно [6].

Когда можно увидеть северное сияние

Полярное сияние можно наблюдать приблизительно 10–20 раз в год. Но важно оказаться в нужное время в нужном месте.

  • Сезон: с сентября по апрель. В другое время года сияние также возникает. Но летом на севере полярный день, поэтому северное сияние видно плохо. А вот осенью и зимой небо достаточно темное, чтобы увидеть аврору во всей красе.
  • Время суток: с 21:00 до 3:00, по данным Геофизического института Университета Аляски в Фэрбенксе [7]. Но также нужно учитывать фазы Луны и облачность. Лучше всего подойдет ясная и морозная погода.
  • Место: любая точка в радиусе 2,5 тыс. км от Северного полюса, по информации геофизической обсерватории Тромсе в Норвегии [8]. Хотя распространяться дальше сияние тоже может: например, в 1989 году это атмосферное явление видели жители Гондураса [9].

Кроме того, северное сияние лучше ловить вдали от городских огней. Заранее отслеживать солнечную активность, чтобы выбрать подходящий день, можно на специализированных сайтах с прогнозами [10]. На сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований США публикуют информацию о космической погоде [11]. Чтобы понять, когда будет сияние, нужно отслеживать Kp-индекс — индекс отклонения от нормы магнитного поля Земли. Например, в Мурманске можно увидеть полярное сияние при индексе около 3, в Москве — около 6 [12].

Чтобы снимки получились хорошими, лучше подготовить профессиональную аппаратуру, а не обычный смартфон. Нужна камера с высокой светочувствительностью, подавлением шума, объектив лучше взять широкоугольный. Во время съемки фотографы рекомендуют использовать штатив и снимать сияние на короткой выдержке.

Где можно увидеть северное сияние

Полярное сияние можно увидеть в северных странах — России, США (на Аляске), Финляндии, Канаде, Норвегии, Исландии.

В России

  1. Мурманская область — самый благоприятный регион для наблюдения за авророй: город Мурманск находится за полярным кругом, добраться туда не составит труда. На Кольском полуострове открыты глэмпинги — гостиницы под стеклянными куполами, откуда можно наблюдать это природное явление. Полярная ночь в Мурманской области зимой длится 42 дня, поэтому вероятность увидеть сияние высока. Самые популярные места — Хибины, Кировск и его окрестности, Териберка.
  2. Архангельская область. Сияние можно наблюдать, например, в Кенозерском нацпарке, где не будут мешать городские огни. Также хорошая локация — на берегу Северной Двины, озера Лача или реки Ягринки, здесь световое загрязнение минимально.
  3. Республика Карелия. За сиянием можно отправиться на берега Онежского озера, в нацпарк «Паанаярви», на Валаам или берег любого из множества озер, например Контоккиярви возле Костомукши.
  4. Республика Коми. Сияние лучше наблюдать в северных районах — например, в окрестностях Воркуты, Инты, Печоры.
  5. Красноярский край. Сияние можно увидеть на севере региона, на плато Путорана, а также в окрестностях населенных пунктов Хатанга и Дудинка.
  6. Ямал. За северным сиянием нужно отправляться в Салехард — единственный город в мире, расположенный прямо на полярном круге.
  7. Якутия. Самая холодная точка, зимой температура опускается до минус 60 градусов по Цельсию. Зато свечения здесь одни из наиболее ярких.

В других странах

  1. Норвегия. Оптимальные места — Тромсе и Алта, в последнем находится старинная обсерватория. Она не функционирует, но с обзорной площадки заброшенного здания удобно наблюдать за явлением.
  2. Швеция. Здесь туристы едут в город Абиско за полярным кругом. Северное сияние в этих широтах можно наблюдать до 200 дней в году. Также в шведской деревне Юкксьярви расположен первый научный институт, где изучают северное сияние.
  3. Финляндия. На ее территории за сиянием можно наблюдать в Кильписъярви или в Соданкюля. Здесь построен звездный городок Astropolis, где есть геофизическая обсерватория.
  4. Канада. Город Йеллоунайф посреди тайги считается столицей туризма, связанного с полярными сияниями. Также можно отправиться к Уайтхорсу или в Бэйлетвилль.
  5. Исландия. За сиянием можно поехать на озеро Миррар рядом с Рейкьявиком, на вулканы Катла и Эйяфьядлайокудль или фьорд Снэфеллснес, знаменитый своими пейзажами.
  6. Аляска (США). Больше всего для наблюдения за полярным сиянием подходят нацпарк «Денали», города Фэрбенкс, Ситка и Юнейтед-Сити.
  7. Япония: северная часть острова Хоккайдо, регион Аомори на севере страны, национальный парк «Айгун Альпс».
  8. Шотландия. Город Каледония находится близко к полярному кругу, здесь минимальное световое загрязнение. Также популярны остров Скай, Эдинбургский замок, озеро Лох-Мари.

Полярное сияние есть даже на других планетах, но наблюдать его там мы не можем.

Известно, что на Юпитере сияния ярче, чем на Земле, в тысячи раз, поскольку появляются не только от солнечного ветра, но и от частиц, исходящих от спутников планеты. Сияние Сатурна самое высокое среди планет — до 1,2 км. Астрономы наблюдали сияния даже на Венере и Марсе, где слабые магнитные поля. [13].

Северное сияние

Северное сияние (оно же полярное сияние) представляет собой особое природное явление, возникающее вследствие прямого взаимодействия солнечных частиц ветра с верхними слоями атмосфер, включающих в свой состав магнитосферу.

Какова природа полярных сияний?

Возникновение полярных сияний происходит в ограниченных участках верхних атмосферных слоёв и обуславливается попаданием в полярную ионосферу заряженных частиц солнечного ветра. Эти частицы проникают туда через южный и северный полярные каспы (особые области в магнитосферном слое, имеющие вид воронки).

Когда энергичные частицы солнечного ветра сталкиваются с верхними слоями атмосферы, частицы молекул и атомов газов, входящие в состав атмосферы, приходят в резкое возбуждение. В результате этого в видимых человеческому глазу слоях атмосферы возникает люминесцентное свечение, известное, как северное сияние. Спектр северного сияния может различаться в зависимости то состава атмосфер планет. Например, для нашей Земли характерными будут линии излучения в видимом диапазоне возбуждённых атомов и молекул азота и кислорода. А вот у планеты Юпитер самыми яркими будут линии излучения водорода в ультрафиолетовом свете.

Изучая природу северных сияний, нужно учитывать, что процессы ионизации заряженными низкоэнергичными частичками происходят, когда эти самые частицы находятся в конце своего пути. Кроме того, на больших высотах плотность атмосферы значительно меньше, чем в нижних слоях. Такие особенности прямо указывают на то, что полярные сияния могут возникать на разных высотах, в зависимости от характеристик атмосфер планет. К примеру, атмосфера планеты Земля имеет достаточно сложное устройство. Поэтому азот с кислородом могут излучать свечение на высоте около 110 км, а самостоятельно кислород продуцирует красное свечение на высотах от 200 до 400 км. Различный состав атмосфер планет обуславливает и принятие полярными сияниями определённой формы (с нечёткими верхними и резко очерченными нижними границами).

Полярные сияния планеты Земля

Северные сияния Земли возникают преимущественно в высоких широтах, в особых овальных зонах, опоясывающих магнитные полюса планеты и называемых авроральными овалами. В условиях спокойного Солнца диаметр этих овалов составляет около 3000 км. Угол отклонения между границами авроральных овалов и магнитным полюсом на ночной стороне составляет 20-23º, а на дневной стороне – 10-16º. При вычислении широт, в которых случаются северные сияния, нужно учитывать разницу между географическими и магнитными полюсами Земли (она составляет примерно 12º). Из этого следует, что северные сияния могут наблюдаться в широтах 67-70º.

В те периоды, когда Солнце находится в фазе активности, размеры авроральных овалов увеличиваются, что обуславливает появление северных сияний в более низких широтах (отклонение происходит на 20-25º севернее или южнее того места, где они появляются в периоды солнечного покоя). Существует даже место, где полярные сияния случаются регулярно. Это – остров Стюарт, находящийся на 47º параллели. За постоянные свечения в небе этот остров прозвали «Пылающими Небесами».

Северное сияниеСеверное сияниеСеверное сияние Северное сияние

Выше уже отмечалось, что спектр полярных сияний земли представлен преимущественно излучениями двух главных компонентов атмосферы – азота и кислорода. Причём линии излучения этих элементов могут быть как атомарными, так и молекулярными (с ионизированными или нейтральными молекулами). Наибольшая интенсивность наблюдается у линий излучения молекулярных ионов азота и атомарного кислорода.

Кислород начинает светиться зелёной линией (с продолжительностью свечения 0.74 с) вследствие возбуждения атомных частиц с длиной волн 557,7 нм, или красной линией в результате возбуждения атомов с дуплетной длиной волны – 636,4 и 630 нм (продолжительность свечения составляет 110 с). Излучение красных дуплетных линий происходит обычно на высоте 1500-400 км, где атмосфера имеет малую плотность (что обуславливает низкую скорость гашения возбуждений атомных частиц).

Молекулярные ионизированные частицы азота могут излучать ближний ультрафиолетовый свет (если длина волн возбуждённых атомов составляет 391,4 нм), зелёный свет (при длине волн 522, 8 нм) и фиолетовый свет (при длине волн 427,8 нм). Все эти данные – лишь условность, поскольку оттенки новых полярных сияний могут изменяться под влиянием погодных факторов и изменений в химическом составе атмосферы.

Изменения спектра полярных сияний происходят и при увеличении высоты. В спектре северного сияния могут преобладать различные линии излучения, и в соответствии с этим происходит разделение этого красивого природного явления на два типа:

  • Северные сияния типа А, возникающие на очень больших высотах. В них преобладают атомарные линии излучения.
  • Северные сияния типа В, появляющиеся на небольшой высоте (около 80-90 км). Преобладающими линиями излучения в них становятся молекулярные. Высокая плотность атмосферы на низких высотах обуславливает быстрое гашение атомарных линий излучения (поэтому их нельзя видеть в полярных сияниях, возникающих в нижних слоях атмосферы).

Замечено, что появление полярных сияний чаще всего приходится на весну или осень. Максимальная вероятность возникновения красивого свечения в небе приходится на ближайшие к осеннему или весеннему равноденствию дни. Полярное сияние способствует выделению в атмосферу огромного количества тепловой энергии. Например, в 2007 году, во время одного из северных сияний, было выделено около 5·1014 Дж.

Если наблюдать за северным сиянием с земли, можно увидеть, как тёмное небо начинает светиться различными оттенками, по нему двигаются цветные полосы и лучи. Продолжительность у этого явления может быть разной, от нескольких минут (часов) до нескольких суток.

Полярные сияния, возникающие в южном и северном полушариях, являются асимметричными относительно друг друга. Изначально считалось, что появляющиеся в разных полушариях Земли свечения имеют одинаковую форму и размер. Но после наблюдений за северным сиянием из космоса это мнение было опровергнуто.

Другие разновидности полярных сияний

Полярные сияния возникают не только на Земле. Их наблюдают и на других планетах – Венере и Марсе. Полярные сияния на Венере лучше всего видны с ночной стороны. Возникают они вследствие ударения частиц солнечного ветра об атмосферу планеты. Свечения на Венере проявляют себя в виде светлых пятен разной формы и размера. Интересно, что магнитное поле Венеры отличается малой интенсивностью, но сияния при этом всё же появляются здесь. Иногда свечения даже охватывают весь диск планеты.

В августе 2004 года космические исследования доказали, что полярные излучения возникают и на Марсе. Свечение было обнаружено на участке Terra Cimmeria, расположенном на широте 52º ю. ш., 177º в. д. Высота излучающей области составила примерно 8 км, а её общий размер в поперечном сечении – около 30 км. На основании полученных с космического корабля Mars Global Surveyor данных была составлена карта разломов коры Марса.

По ней было определено, что свечения на Марсе локализуются в районе прохождения магнитного поля планеты. Это говорит нам о природе световых излучений. Они являются ничем иным, как потоком электронов, передвигающихся к верхним атмосферным слоям вдоль линий магнитного поля. Фотографии с космических аппаратов демонстрируют появление полярных сияний на Юпитере, Нептуне и Уране.

Интересно, что полярные сияния можно создавать искусственно, а затем исследовать их поведение. Подобный эксперимент уже был проведён в 1975 году советско-французскими исследователями.

Полет на параплане через северное сияние

26 января 2016 года 33-летний испанец Орасио Льоренс совершил полёт на параплане сквозь северное сияние. Видеосъемка столь необычного мероприятия проходила над Тромсё в Норвегии. Скорость полета параглайдера при этом достигала 60 км/ч.

Для защиты экстремала от переохлаждения были использованы гидрокостюм и перчатки с подогревом. Температура воздуха на земле на момент съемки ыла -15ºC. Даже в случае аварийной посадки на воду, пилот смог бы провести в гидрокостюме время до прибытия спасателей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *