1000 чудес со всего света

Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путем. Например, высказывались предположения о том, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда. Долгое время природу северного сияния объясняли отражением солнечных лучей от капель и ледяных кристаллов, скапливающихся в облаках, или от атмосферных газов. Существо этого явления впервые объяснил Ломоносов. Вопреки Декарту, считавшему северные сияния «отражением блеска полярных ледяных масс», и Галлею, связывавшему это явление с «магнитным истечением у Северного полюса», Ломоносов установил электрическую природу полярного сияния, измерил его, отметив «вышину верхнего слоя дуги около 420 верст».

Видели полярные сияния и в южном полушарии. Английский мореплаватель Джеймс Кук был одним из первых, кто не только дал их описание в южном полушарии, но и обратил внимание на то, что полярные сияния появляются в высоких широтах обоих полушарий одновременно.

Современная наука, развивая учение Ломоносова, объясняет полярное сияние вхождением в атмосферу Земли на высоких широтах электронов, обладающих большой энергией. Разгадка явления была обнаружена в связи с исследованием комет — в частности, их шлейфов. Как выяснилось, Солнце излучает не только тепло и свет, но от него исходят также потоки электрически заряженных частиц — протонов и электронов. Когда эти частицы достигают Земли, они не попадают прямо на поверхность планеты, потому что магнитное поле Земли изменяет их траектории. Магнитное поле защищает Землю от них, но не полностью отводит от планеты весь поток. Под воздействием мощного потока электрических частиц магнитное поле деформируется: на обращенной к Солнцу стороне линии поля собираются в пучок, а вблизи обоих полюсов, наоборот, обрываются и образуют как бы шлейфы, типа хвоста у кометы. В этих местах магнитное поле слабее и заряженные частицы проникают в верхние слои атмосферы, где они сталкиваются с молекулами кислорода и углекислого газа. Высвобождающаяся при этих столкновениях энергия выделяется в виде света с разной длиной волны. Если больше кислорода, то свет зеленый и красный, а углекислый газ дает голубое и фиолетовое свечение.

Недавно Европейским космическим агентством были получены новые данные, которые показывают, что электроны просачиваются из ионосферы вовне, в Космос. П. Невелл из университета Джонса Хопкинса сообщил, что, поскольку ионосфера оказывается проницаемой, могут образовываться гигантские электрические поля. Они воздействуют на электроны в солнечном ветре, которые входят в магнитосферу Земли, вызывая цветное представление в верхних слоях атмосферы. Масштабные полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоев атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса, так называемые «авроральные овалы».

В последние годы полярные сияния наблюдались визуально и фотографировались, в частности, с применением прибора нового типа, называемого «аппаратом кругового обзора». Существует много визуальных видов этого явления, но наблюдаемые различия зависят от высоты их формирования. Формы полярного сияния могут быть различными — проблески, пятна, однородные дуги и полосы, пульсирующие дуги и поверхности, всполохи, лучи, лучистые дуги, драпри и короны. Наиболее распространенные арки или дуги обычно формируются на высоте от 65 до 105 км; между тем явление, известное как «колышущиеся занавеси», образуется на высоте около 113 км. Огромные арки переливающихся огней расцвечивают небо всеми цветами спектра — от фиолетово-белого до желто-зеленого и оранжево-красного. Они охватывают значительную часть небесного свода — так, однажды полярное сияние образовало дугу длиной 4827 км и высотой 161 км. Максимальная высота, на которой формируются огни, — 998 км над земной поверхностью. Свечение, как правило, начинается в виде сплошной дуги, которая является одной из самых обычных форм и не имеет лучистой структуры. Яркость может быть довольно постоянной во времени или же пульсировать с периодом менее минуты. Если яркость сияния увеличивается, однородная форма часто распадается на лучи, лучистые дуги, драпри или короны, в которых лучи как бы сходятся к вершине. Всполохи в форме быстро движущихся вверх волн света часто венчаются короной.