Содержание статьи
Солнечный ветер причина возникновения свечения полярного сияния
Полярные сияния возникают вокруг северного и южного магнитных полюсов, когда электроны в магнитном поле Земли возбуждаются солнечным ветром и сталкиваются с атомами и молекулами тонких газов в верхних слоях атмосферы Земли, испуская свет.
Солнечный ветер состоит из электрически заряженных частиц и магнетизма, постоянно излучаемых Солнцем. Большинство частиц — это быстро движущиеся электроны, которые проецируются от Солнца со скоростью более 4,5 миллионов км в час, и им требуется около 30 часов, чтобы преодолеть расстояние в 150 миллиона км между Солнцем и Землей. Медленно движущихся протонов меньше.
Солнечный ветер наиболее силен в периоды повышенной активности на солнце, которые часто возникают вместе с большими солнечными пятнами. Большое количество его испускается солнечными вспышками. Солнечные бури могут нарушить работу спутников и высокочастотную связь, включая GPS-навигацию. Повышенное сопротивление во время этих бурь может привести к отклонению спутников от курса. Большие дозы заряженных частиц могут вызвать перегрузку схем космического корабля.
Взаимодействие магнитосферы Земли и полярного сияния
Магнитное поле Земли образует защитную оболочку вокруг полюсов Земли, называемую магнитосферой, которая простирается за пределы Луны. Большинство частиц солнечного ветра отклоняются магнитными полями Земли, но некоторые уносятся магнитосферой.
Когда солнечный ветер приходит с большой силой, он сжимает передний конец магнитосферы и вытягивает заднюю часть в хвост. Если магнитное поле солнечного ветра и магнитные линии магнитного поля Земли правильно выровнены, полярные сияния образуются вдоль точки удара между солнечным ветром и магнитосферой.
Частицы солнечного ветра возбуждаются и ускоряются в магнитосфере, а затем тянутся к поверхности Земли, вдоль линий магнитного поля Земли к полярным регионам.
Ученые США, используя информацию со спутника IMAGE — космического корабля, предназначенного для наблюдения за магнитосферой Земли — и группы из четырех спутников под названием Cluster — которые обнаруживают заряженные частицы, проходящие через магнитосферу, — определили, что солнечный ветер открывает большие промежутки в магнитном поле Земли, позволяя заряженным частицам проникать к Земле. Зазоры могут оставаться открытыми в течение нескольких часов, пропуская достаточное количество частиц, чтобы вызвать геомагнитные бури, которые могут производить 1000 миллиардов ватт энергии.
Что вызывает полярное сияние на Земле
Что вызывает и каким образом образуется на Земле полярное сияние, у ученых имеется несколько предположений.
Когда частицы солнечного ветра достигают хвоста магнитосферы, они отрываются от общего потока и снова соединяются. В процессе, который непонятен, повторное соединение преобразует магнитную энергию в кинетическую.
Кинетическая энергия продвигает электроны и положительные ионы в атмосферу Земли вдоль вновь соединенных силовых линий. Когда эти частицы, особенно электроны, врезаются в атмосферу, они сталкиваются с атомами и молекулами газов, таких как кислород и азот. При каждом столкновении атомы или молекулы поглощают энергию электрона, а затем высвобождают ее в виде света.
Ученые до сих пор не очень разбираются в деталях того, что вызывает полярные сияния, и все еще не могут точно предсказать, когда они произойдут и на что будет похоже изображение. Они также не знают, почему полярные сияния в одни ночи более активны, чем в другие; как пучки частиц получают прирост энергии; или почему создаются определенные формы и образования.
Ученые знают, что необходимо большое количество солнечного ветра, и это можно измерить с помощью спутников. Они также знают, что магнитное поле частиц, переносимых солнечным ветром, должно быть выровнено напротив магнитного поля Земли, но то, как все эти силы объединяются, немного похоже на попытку понять, как ветер, давление воздуха и испарение воды вместе создают погоду.
Полярное сияние, солнечные пятна и солнечная активность
Полярные сияния связаны с пятнами на солнце, которые, в свою очередь, связаны с более интенсивным, более сильным солнечным ветром. Солнечные пятна — это сильно намагниченные участки поверхности Солнца. Они кажутся темными, потому что в них немного холоднее, чем вокруг них. Солнечные пятна обычно связаны с солнечными вспышками (газовые извержения с большими выбросами электрически заряженных частиц) и протуберанцами (светящиеся арки газа, которые иногда прыгают на десятки тысяч миль от поверхности Солнца). Большинство солнечных пятен появляется в определенных зонах, где солнечные вспышки возникают с высокой частотой. Некоторые вспышки достигают температуры в миллионы градусов и выделяют столько же энергии, сколько десятки миллионов взрывов атомных бомб или извержений вулканов.
Когда происходят самые сильные полярные сияния
Первоначально считалось, что полярные сияния чаще случаются во время пиков 11-летнего солнечного цикла. Оказывается, это предположение неверно только отчасти. Самые яркие полярные сияния происходят примерно каждые 11 лет, когда активность солнечных пятен достигает своего пика. В эти периоды иногда появляются яркие полосы или красный свет, смешанный с зеленым. Яркие полярные сияния наблюдались в 1957–58, 1988–89 и 1990–2000 годах. Последний период пиковой активности солнечных пятен приходился на 2011-12 гг.
