Полярное сияние — это невероятное, по своей красоте, зрелище. Мерцающие завесы и разноцветные лучи света, освещающие темное небо. Единожды увидев нечто подобное, вы, гарантированно, не забудете это на всю жизнь.
Полярное сияние часто объясняют просто "частицами Солнца", попадающими в нашу атмосферу. Но это технически не точно, за исключением определенных случаев. Так что же создает это природное чудо?
Мы видим полярное сияние, когда заряженные частицы — электроны, а иногда ионы — сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы. Хотя полярное сияние часто следует за вспышками на Солнце, не совсем верно говорить, что эти энергичные частицы, вызывающие полярное сияние, исходят от Солнца.
Земной магнетизм, сила, которая направляет стрелку компаса, доминирует над движением электрически заряженных частиц в пространстве вокруг Земли. Магнитное поле у поверхности Земли обычно стабильно, но его сила и направление колеблются, когда происходят проявления полярного сияния. Эти колебания вызваны так называемой магнитной суббурей — быстрым возмущением магнитного поля в околоземном пространстве.
Чтобы понять, что вызывает суббурю, нам сначала нужно вспомнить, что такое плазма. Плазма — это газ, в котором значительное число атомов распалось на ионы и электроны. Газ самых верхних областей атмосферы Земли находится в состоянии плазмы, как и газ, из которого состоит Солнце и другие звезды. Плазменный газ непрерывно течет от Солнца: это называется солнечным ветром.
Плазма ведет себя иначе, чем те газы, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Помашите магнитом на кухне, и ничего особенного не произойдет. Воздух на кухне состоит преимущественно из электрически нейтральных атомов, поэтому движущийся магнит совершенно не возмущает его. Однако в плазме с ее электрически заряженными частицами дело обстоит иначе. Итак, если бы ваш дом был наполнен плазмой, движение магнита заставило бы воздух двигаться.
Когда плазма солнечного ветра достигает Земли, она взаимодействует с магнитным полем планеты. Большую часть времени плазма легко движется вдоль линий магнитного поля, но не поперек них. Это означает, что солнечный ветер, приходящий на Землю, отклоняется от планеты и не попадает в атмосферу Земли. В свою очередь, солнечный ветер вытягивает силовые линии наружу, принимая вытянутую форму, видимую на ночной стороне, называемую хвостом магнитосферы.
Иногда движущаяся плазма сближает магнитные поля из разных областей, вызывая локальные нарушения структуры силовых линий магнитного поля. Это явление, называемое магнитным пересоединением, предвещает новую магнитную конфигурацию и, что важно, высвобождает огромное количество энергии.
Эти события происходят довольно часто во внешней атмосфере Солнца, вызывая взрывное выделение энергии и отталкивая от Солнца облака намагниченного газа, называемые выбросами корональной массы.
Если выброс коронального массы достигает земли, он может в свою очередь, запускает переподключение в магнитотеле, высвобождая энергию, которая приводит к возникновению электрических токов в ближнем земле пространстве: субщина. Возникающие при этом сильные электрические поля ускоряют электроны до высоких энергий. Некоторые из этих электронов, возможно, поступили с солнечного ветра, допускаются в ближнеземное пространство путем переподключения, но их ускорение в суббуре важно для их роли в ауроре.
Эти частицы затем направляются магнитным полем в направлении атмосферы высоко над полярными областями. Там они сталкиваются с атомами кислорода и азота, захватывающие их, чтобы светиться как аврора.
Теперь вы точно знаете, что вызывает северное сияние. Как увеличить шансы его увидеть? Ищите темное небо вдали от городов и поселков. Чем дальше на север вы можете пойти, тем лучше, но вам не обязательно находиться за полярным кругом. Есть даже специальные сайты, которые позволяют предсказывать полярные сияния, и подсказывая, когда (и в каком направлении) стоит направиться, чтобы увидеть это чудо природы!