Як виникає полярне сяйво?

Пощастило тому, хто хоч раз бачив яскраве, зачаровує полярне сяйво. Здається, що немов природа малює на небі невидимою пензлем світяться смуги. Це дивовижна гра світла, на все небо – від краю до краю! Це найдивніше світлове шоу, яке тільки можна побачити на Землі. У нього немає аналогів. І найголовніше, воно притягує своєю ексклюзивністю, тим, що тільки в холодних, суворих областях у вас є можливість милуватися полярним сяйвом досить часто. І, звичайно, шарму полярного сяйва додають льоди і снігу полярних областей, які отримали ексклюзивне право на трансляцію цього явища.
Але не завжди це сяйво таке вже й полярне. Адже зовсім недавно ми могли спостерігати полярне сяйво навіть в Москві та інших містах середніх широт. Більш того, безпосередньо на полюсах воно буває не дуже часто. Так як же воно утворюється і які у нього особливості?

Наша планета – дивовижний везунчик, адже для полярного сяйва потрібно два фактори: наявність атмосфери і магнітного поля. Вони є тільки у Меркурія, Землі, Юпітера, Сатурна.
Полярне сяйво – це дивовижне поєднання сонячної активності, магнітосфери Землі і впливу всього цього на атмосферу.
Просто дивно, наскільки красиво, елегантно і гармонійно влаштована природа, як найпростіші закони фізики приводять до виникнення воістину вражаючих явищ … Але про все по порядку.

Полярні сяйва можливі завдяки тому, що Сонце випускає в простір величезну кількість не тільки випромінювання, але і речовини. Від нього безперервно, з неймовірною швидкістю, відлітає незліченну кількість протонів і електронів. Це явище називається сонячний вітер. По суті це плазма, але тільки світиться вона слабо, так як досить розріджена.

Іноді Сонце перебільшує і випльовує величезні купи речовини. Це вже не просто невелика спалах. Через два-три дні польоту все це речовина досягає Землі. При цьому швидкості у частинок різні, вони мають різний енергією, і ось тут починається найцікавіше. Вони захоплюються магнітним полем Землі, яке за структурою схоже на качан капусти або цибулю і являє собою безліч магнітних оболонок.

Кожен одинадцятикласник повинен знати, що на заряджені частинки в магнітному полі діє сила Лоренца, під впливом якої вони починають загортати і рухатися по спіралі. Виходить, вони як би намотуються на лінії магнітного поля і починають рухатися до полюсів. Це чимось нагадує макарони. Причому крок гвинтової лінії залежить від сили поля: чим ближче до полюсів, тим воно сильніше і крок менше. У якийсь момент частка може зупинитися і полетіти назад, закручуючись навколо лінії магнітного поля. Таким чином вона виявляється в пастці і починає коливатися біля Землі в космосі.

Виявляється, що Земля просто оперезана такими областями, де частинки потрапили в пастку, немов Індіана Джонс в кімнаті зі зрушуються стінами. Це радіаційні пояси. Таких поясів, як мінімум, два. У ближньому до нас – найшвидші частки, але вони не доходять до атмосфери і коливаються поки ще в космосі. Подалі – пояс з частинками повільніше. Його краю знаходяться вже ближче, але все одно не стосуються атмосфери.
Є і третій пояс. Насправді його не існує, тому що його краю – в атмосфері, і коли частка потрапляє в цей пояс, вона, дійшовши до краю, потрапляє в атмосферу. Зона входження цього пояса квазізахвата, як його називають, лежить на широті близько 60-70 градусів. Там і спостерігають максимум сяйв. Існують сайти в Інтернеті, де можна онлайн відстежити інтенсивність сяйв. А ось безпосередньо на полюсах сяйв мало, так як дуже мало частинок з такими маленькими енергіями.

Коли частинки потрапляють в атмосферу, вони летять з великою швидкістю. Збиваючи на своєму шляху атоми, вони переводять їх в збуджений стан, в якому у них є надлишок енергії. Довго атоми в такому стані не знаходяться і через долі секунди скидають цю енергію у вигляді фотонів. Так що, бачачи полярне сяйво, пам’ятайте, що ви бачите світло, створений частками сонця.

На різних висотах склад атмосфери різний, різні гази мають різні енергії збудження, тому і колір виходить різний. В основному це зелений (завдяки кисню, азоту), але буває і червоний, і синій і так далі.

Посилання на основну публікацію