Северное сияние: откуда берутся зелёные и красные занавесы

Как солнечный ветер превращается в зелёные и красные занавесы северного сияния над полюсами Земли?

Как получается, что ночное небо вдруг начинает светиться, будто над горизонтом развесили зелёные и красные занавесы? Северное сияние выглядит как чудо, но за ним стоит вполне понятная цепочка событий: Солнце выбрасывает поток частиц, Земля встречает его магнитным полем, а верхняя атмосфера отвечает мягким светом.

Начинается всё на Солнце. Это не спокойный жёлтый шар, а бурлящий океан плазмы, где возникают вспышки, протуберанцы и огромные выбросы вещества. От Солнца постоянно летит солнечный ветер — поток заряженных частиц, в основном электронов и протонов. Обычно он сравнительно умеренный, но во время сильных вспышек к Земле может прийти особенно плотная и быстрая порция солнечной плазмы.

Если бы у Земли не было защиты, такие частицы гораздо сильнее били бы по атмосфере. Но у нашей планеты есть магнитное поле. Его удобно представить как невидимый щит и одновременно как систему направляющих рельсов. Большая часть солнечного ветра обтекает магнитосферу, а часть заряженных частиц уходит вдоль линий магнитного поля к полярным областям.

Именно поэтому сияния чаще всего видят на севере и юге, вокруг магнитных полюсов. Там линии магнитного поля как бы входят в атмосферу, и частицам открывается путь вниз, на высоты примерно от восьмидесяти до нескольких сотен километров. Они сталкиваются с атомами и молекулами кислорода и азота. Те получают энергию, а потом отдают её обратно в виде света.

Это похоже на неоновую вывеску, только размером с небо. В вывеске электрический разряд заставляет газ светиться. В сиянии роль разряда выполняют частицы из космоса, а роль газа — разреженная верхняя атмосфера Земли. Поэтому сияние не отражает солнечный свет, как облака или Луна, а светится само.

Почему же цвета разные? Самый привычный зелёный цвет даёт атомарный кислород на высотах около ста километров. Это самый частый и яркий оттенок, потому что такие условия возникают нередко, а человеческий глаз хорошо различает зелёный в темноте. Красный цвет тоже связан с кислородом, но обычно появляется выше, где воздух ещё более разрежен. Там атомы дольше удерживают полученную энергию, и свет получается другим.

Фиолетовые, синие и розоватые края часто связаны с азотом. Они могут появляться ниже, особенно во время сильных магнитных бурь, когда частицы проникают глубже в атмосферу. Поэтому сияние иногда выглядит не как одна ровная лента, а как многослойная ткань: зелёная середина, красная верхушка, фиолетовая кайма. Цвет зависит от того, какие частицы атмосферы возбуждены, на какой высоте это происходит и насколько мощным был поток с Солнца.

Теперь понятно, почему в две тысячи двадцать четвёртом, две тысячи двадцать пятом и, как ожидается, в две тысячи двадцать шестом году сияния чаще видели далеко южнее обычного. У Солнца есть цикл активности, в среднем около одиннадцати лет. Вблизи максимума на его поверхности больше пятен, вспышек и выбросов плазмы. Значит, у Земли чаще случаются магнитные бури.

Во время сильной бури область сияний расширяется. Обычно она держится ближе к полярным широтам, но при мощном возмущении овал сияния расползается к югу в Северном полушарии и к северу в Южном. Поэтому люди в необычных местах могут увидеть красноватое свечение над горизонтом, даже если до Арктики очень далеко. Для наблюдателя это может выглядеть не как яркие занавесы над головой, а как таинственный алый отсвет на северной стороне неба.

Само по себе сияние для человека на Земле обычно не опасно. Опасны не красивые огни, а сильные геомагнитные бури, которые могут мешать радиосвязи, спутникам, навигации и иногда электросетям. Сияние — это видимая часть космической погоды, красивый след процессов между Солнцем и Землёй.

Люди в разные века объясняли это зрелище по-своему. В северных культурах сияние связывали с духами, предзнаменованиями, небесными огнями, дорогами умерших или отражением далёких костров. В Европе красное небо нередко воспринимали как знак бедствий. Это понятно: если не знать о магнитосфере и солнечном ветре, внезапное кровавое свечение выглядит как послание свыше.

Постепенно наблюдения стали точнее. Учёные заметили связь сияний с магнитными бурями, полярными областями и активностью Солнца. А когда появились спутники и измерения космической среды, картина сложилась полностью: сияние рождается высоко в атмосфере, где наша планета встречает поток заряженных частиц.

Итак, северное сияние — не магия, но от этого оно не менее удивительно. Солнце посылает частицы, магнитное поле Земли направляет их к полюсам, а кислород и азот отвечают светом. Зелёный, красный, фиолетовый — это разные высоты и разные газы. А частые сияния южнее обычного в эти годы связаны с пиком солнечной активности, когда наша звезда особенно громко напоминает: мы живём внутри её огромного дыхания.