ТАЙНЫ "Северной Авроры"

Это таинственное явление можно называть по-разному: северное сияние, полярное сияние или по латыни - aurora borealis (северная заря). Aurora Borealis (или северное сияние) получило свое название в честь римской богини утренней зари Авроры и бога северного ветра Борея. Но суть от этого не меняется, и под любым названием на разных языках оно одинаково поражает воображение людей своим размахом и великолепием. Северные народы видели в атмосферном оптическом явлении выражение воли предков или воинов, павших в бою, и эти представления нашли выражение в сагах и мифах.

Архангельские поморы с давних пор именовали игру света в небе сполохами. Ученые же называют это явление красивыми латинскими терминами «aurora borealis» и «aurora australis». Два термина понадобились науке из-за того, что сияния наблюдаются чаще всего в двух районах мира: Арктике и Антарктике. Они, соответственно, названы по-латыни «северным» и «южным» сияниями. 

Впрочем, случается, что «небесный свет» появляется и достаточно далеко от полюсов. Так, из русских летописей известно, что 5 апреля 1242 года, в разгар битвы русских воинов с рыцарями-крестоносцами, известной под именем Ледового побоища, в небе над Чудским озером появилось сияние в виде огненных копий и стрел. Решив, что это Божье знамение, предвещающее победу, витязи Александра Невского ринулись в бой с удесятеренной силой и победили. 

Иногда полярные сияния достигают исключительной силы и занимают огромные пространства небесной сферы. Например, сияние 4 февраля 1872 года охватило почти все северное полушарие, а в ночь с 25 на 26 января 1938 года «небесные огни» наблюдались на всей территории Европейской России. В феврале 1950 года яркое и продолжительное полярное сияние горело в небе над Москвой. В течение нескольких часов на северной стороне небосвода светились две большие дуги — ярко-красная и светло-зеленая. Они постоянно меняли яркость и местоположение, исчезали, появлялись вновь, приближались и отдалялись друг от друга.

Северная Норвегия, 24 января 2011. (Фото Stoltz Bertinussen | AP)

Даже бывалые полярники не могут равнодушно видеть волшебную игру форм и красок на небесном холсте. Описывая потом увиденное, и строгие ученые на время делаются поэтами. Давно уже стало классическим, например, описание сполохов, сделанное знаменитым полярным исследователем, первооткрывателем Северной Земли Г. А. Ушаковым в его книге «По нехоженой земле»:«Небо пылало. Бесконечная прозрачная вуаль покрывала весь небосвод. Какая-то невидимая сила колебала ее. Вся она горела нежным лиловым светом…».

Георгий Алексеевич Ушаков

С доисторических времен полярные сияния интересовали человека. Упоминания о нем мы находим уже в древнегреческих трактатах, в том числе у Аристотеля. Описание явления, напоминающего северное сияние, имеются также в китайских рукописях, датированных 2000 г. до нашей эры. Ранние описания и попытки объяснить природу северного сияния способствовали росту представлений о нем как о сверхъестественном и мистическом явлении. Первые систематические научные исследования были начаты только в XVII веке. 

Английский мореплаватель Джеймс Кук (1728-1779) был одним из первых, кто не только дал описание сияния в южном полушарии, но и обратил внимание на то, что северные сияния появляются в высоких широтах обоих полушарий одновременно.

Наблюдая полярные сияния, Михаил Ломоносов, еще в 1753 году, определил высоту, на которой происходит это замечательное явление. “Северное сияние нарочито порядочное... — писал он в одном из своих сочинений, — приметил я здесь в С.-Петербурге и сколько возможно было смерил...”. Ломоносов нашёл, что нижний край наблюдаемого полярного сияния находится примерно на высоте 150 километров от земной поверхности. Великий русский учёный в основном дал совершенно правильное объяснение природы полярного сияния. 

В 1886 году норвежский физик Кристиан Биркеланд на основании всех наблюдений сформулировал первую научную теорию возникновения северного сияния. Его работы положили начало современным исследованиям, продолжающимся до сих пор и дающим нам новые знания о Солнце, атмосфере Земли и ближнем космосе.

Сейчас доказано, что образование полярных сияний происходит в верхних слоях атмосферы на высоте от 60 до 1000 километров. Причиной его является выбрасываемый Солнцем поток заряженных частиц высоких энергий — «солнечный ветер». Сталкиваясь с молекулами и атомами газов в самой разреженной части воздушной оболочки Земли, поток этих частиц и вызывает свечение, подобно тому, как это происходит в люминесцентных лампах, где электроны пропускаются через разреженный газ. А приуроченность сияний к арктическим и антарктическим широтам связана с действием магнитного поля нашей планеты, которое отклоняет поток частиц к полюсам. 

Солнце — это раскаленный газовый шар, состоящий из атомов водорода и гелия. В ядре этих атомов находятся частицы, которые называются протонами. Вокруг протонов вращаются другие частицы. Они называются электронами. Протоны несут единичный положительный заряд, электроны — отрицательный. Облако сверх горячего газа, окутывающее Солнце (солнечная корона), постоянно выбрасывает в пространство во всех направлениях частицы и осколки атомов. Эти кусочки летят в космосе со скоростью 960 километров в секунду. Такие потоки называются солнечным ветром. Иногда корона буквально взрывается вихрем частиц, добавляя новые раскаленные порции к солнечному ветру.

Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы попадают в ее магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля проходят в космическом пространстве, а сходятся у Северного и Южного полюсов Земли. Земля — это гигантский магнит. Магнетизм Земли обусловлен, как полагают, электрическими токами, индуцированными вращением железного ядра Земли. Магнитное притяжение Земли как бы засасывает пролетающие мимо нее заряженные частицы. Эти притянутые частицы движутся в виде длинных «лучей» вдоль силовых линий магнитного поля, которые уходят под землю в области магнитных полюсов. Эти полюса находятся вблизи Северного и Южного полюсов Земли, хотя и не совпадают с ними. Летящие вдоль силовых невидимых линий частицы «бесцеремонно затаскиваются» в атмосферу вблизи полюсов. И тут - то все начинается.

Северное сияние в полночь, температура – 44С, Туктояктук, Канада. (Фото Paul Nicklen)

Атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода. Когда электроны и протоны, выброшенные с Солнца, вторгаются в атмосферу, они неизбежно сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые из атомов теряют часть своих электронов, другие — «возбуждаются», получая дополнительную энергию. Когда атом «успокаивается» после столь бурной атаки, то есть возвращается в нормальное энергетическое состояние, он испускает световой фотон. Молекулы азота при столкновении обычно теряют электроны. При этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота возбуждается без потери электрона, то происходит испускание лучей красной части спектра. Когда солнечный ветер сталкивается с молекулами кислорода, потери электронов никогда не происходит. Молекула возбуждается, а затем испускает кванты зеленого и красного света.

Северные сияния происходят гораздо выше, чем может забраться самый мощный реактивный самолет. Нижний край сияния находится на высоте, по меньшей мере, 60 км, в то время как самый верхний - 960 км над уровнем планеты. Так что ни летчикам, ни скалолазам, вопреки легендам, никогда не удавалось оказаться внутри сияния. Только космонавты могут пролететь сквозь красочные сполохи. На самых больших высотах (900—1000 километров) формируются огни красного цвета, ниже окраска их делается фиолетовой, а в самых близких к Земле слоях образуются зеленые лучи и вспышки. Длительность полярных сияний различна — от часа до нескольких суток, причем количество, продолжительность и яркость их резко возрастают в периоды, когда увеличивается число пятен на Солнце, то есть каждые одиннадцать лет.

«Земля, увиденная с неба». (Фото НАСА)

Облака и северное сияние над Аляской. Вид с Международной космической станции, 10 февраля 2012. (Фото NASA)

Интенсивные полярные сияния обычно вызывают мощные «магнитные бури» в эфире, нарушая нормальную работу радиоприборов и влияя на поведение стрелки компаса. К счастью, большей частью сполохи появляются на небе зимой, когда в разгар полярной ночи самолеты и корабли почти не совершают рейсов, да и наземные работы геологов, гляциологов и других ученых-полярников сведены к минимуму. Лишь специалистам по «небесной канцелярии» — метеорологам приходится получать полную дозу неприятностей в связи с непорядками в их собственном «хозяйстве». 

Со многими тайнами северного сияния ученые не разобрались до сих пор. Например, некоторые наблюдатели уверяют, что северное сияние сопровождается звуковыми эффектами. Однако если столкновение частиц и молекул звучит громко, звук этот должен пройти очень и очень долгий путь до поверхности Земли. Да и атмосфера на тех высотах слишком разреженна. Так шумит ли северное сияние? Пока никто не может с полной уверенностью ответить на этот вопрос!

Северное сияние появляется над полярными областями Земли, в так называемой овальной зоне северного сияния, которая распространяется тем южнее, чем сильнее солнечный ветер. В северном полушарии овал обычно покрывает северные части Финляндии и Скандинавии, самые северные части Канады и США, Аляски и Сибири. При полярной буре овал распространяется даже до широт средней Европы. Поскольку овал расположен несимметрично по отношению к оси вращения Земли, каждый градус долготы Земли раз в 24 часа оборачивается глубже в овал.

Сейчас ученых очень занимает такое странное явление, как "черная Аврора" - так называют один из видов полярного свечения. Несмотря на это мрачное определение, оно не означает сплошную черноту. Оно появляется примерно через полчаса после особенно яркого и масштабного северного сияния, поэтому большинство наблюдателей не обращали на него внимания. Обычные полярные сияния возникают в результате ионизации и последующей рекомбинации воздуха электронами и отрицательными ионами солнечного ветра, выпадающими в атмосферу Земли. Заряженные частицы двигаются вдоль силовых линий магнитного поля Земли, которые сходятся на Севере и на Юге планеты. Однако некоторые частицы земной ионосферы, наоборот выбрасываются наружу, когда межпланетные магнитные поля пересоединяются с земными. Частицы вылетают обратно в космос на высоту до 20 000 километров. Именно этим явлением объясняется темная полоса, разделяющая полярное сияние.

Земля — не единственная планета, где бывает северное сияние. На Юпитере небеса в районе Северного полюса полыхают еще грандиознее:

Полярные сияния уже обнаружены на Юпитере (на фото), однако над возможностью их существования на планете учёные ранее не задумывались. (Изображение НАСА):

Текст: loveopium.ru