32
Викликайте в уяві образ, який супроводжуватиме слово «полярне сяйво». У тому, що ви уявляєте, може домінувати зелений колір, складні завитки та галочки, які танцюють по небу над застиглим пейзажем. Але розкішне світіння, яке з’являється на небі – коли атмосферні гази вражаються енергійними сонячними частинками – не обмежується найвідомішим проявом. Полярне сяйво може мати широкий спектр відтінків, які змінюються залежно від висоти, широти та від того, які гази беруть участь.
Під час особливо потужного геомагнітного шторму, який сколихнув магнітну клітку Землі в травні 2024 року, з’явилося дивне блакитне світіння. Це не чувано… але цей був на низьких широтах, сягаючи надзвичайно високо в небо. Тепер, використовуючи зображення, зроблені вченими-громадянами з Японії, фізики Сота Наньйо зі Шведського інституту космічної фізики та Кадзуо Шіокава з Університету Нагоя знайшли найімовірніше пояснення моторошного синього світла.
Але їхнє пояснення створює ще одну проблему, яку доведеться вирішити атмосферним вченим.
«Наші висновки свідчать про те, що молекулярні іони азоту, можливо, прискорилися вгору за допомогою певного механізму і були відповідальними за формування домінуючого синього полярного сяйва», — пояснює Шіокава.
«На сьогодні недостатньо зрозуміло, як молекулярні іони азоту з великою молекулярною масою можуть існувати на таких великих висотах. Такі іони не можуть легко існувати протягом тривалого періоду часу через їх велику масу та короткі інтервали часу дисоціативної рекомбінації; однак, вони спостерігаються на великих висотах, оповиті таємницею».
Полярні сяйва на Землі, як правило, є результатом величезного потоку сонячних частинок, вивільнених із Сонця під час викиду корональної маси або сонячного вітру. Ці частинки проходять через Сонячну систему. Якщо Земля знаходиться на шляху виверження, частинки врізаються в магнітне поле, де вони відхиляються та прискорюються вздовж силових ліній магнітного поля до полюсів, де вони викидаються в атмосферу.
Взаємодія між сонячними частинками та газами в земній атмосфері призводить до того, що частинки атмосфери отримують трохи енергії. Коли атоми, що утворюють атмосферні гази, повертаються до свого початкового енергетичного стану, енергія виділяється у вигляді фотона – це джерело світіння. Це схоже на механізм, який змушує люмінесцентні лампи світитися. І, як і у випадку з люмінесцентними лампами, колір світіння залежить від різних факторів, таких як тип частинки та кількість енергії, яку вони отримують і втрачають.
Зелене та червоне полярне сяйво, наприклад, породжується атомами кисню, які втрачають енергію на різних висотах. Атоми азоту можуть випромінювати сині та червоні фотони. Коли ці відтінки змішуються на небі, вони можуть утворювати жовтий, фіолетовий, рожевий і оранжевий кольори.
Зазвичай полярне сяйво в низьких широтах червоне. Але 11 травня 2024 року на низьких широтах небо осяяло рожеве світіння, а незадовго до півночі з’явилося виразне блакитне світіння. І у нас є новий потужний інструмент для зйомки полярних явищ: смартфони зачарованих спостерігачів за полярними сяйвами з усього світу.
Завдяки великій кількості зображень і відео, зібраних на блакитному полярному сяйві, дослідники змогли детально виміряти це явище. Вони виявили, що полярне сяйво організоване поздовжніми структурами, які простягаються вздовж ліній магнітного поля, приблизно на 1200 кілометрів (приблизно 750 миль). Він також був організований у три окремі структури та досяг високо в небі, на висоті від 400 до 900 кілометрів. Для контексту Міжнародна космічна станція обертається на висоті від 370 до 460 кілометрів.
Зараз вважається, що полярні сяйва в низьких широтах пов’язані з кільцевим струмом. Це тороподібний потік заряджених частинок, захоплених магнітосферою Землі, який обертається навколо екватора планети, як плаваюче кільце басейну. Геомагнітна буря активізує енергетичні нейтральні атоми (ENA) у кільці, викликаючи полярне сяйво на низьких широтах. Але дослідники не вірять, що кільцевий струм працює на те, що вони спостерігали.
«У цьому дослідженні було виявлено структуру в кілька сотень кілометрів у полярному сяйві з домінантою блакитного кольору в поздовжньому напрямку, яку важко інтерпретувати лише активністю ENA», — говорить Шіокава. «Крім того, малоймовірно, що ENAs створять авроральні структури, вирівняні з лініями магнітного поля, як це спостерігалося в цьому дослідженні».
Цілком можливо, що кільцевий струм зіграв певну роль, але дослідники вважають, що щось інше мало бути задіяно, щоб створити чіткі структури, вирівняні в полі. Вони вважають, що молекулярні іони азоту якимось чином прискорилися вгору. Але що їх прискорило, невідомо. Це свідчить про те, що в атмосфері Землі може відбуватися якийсь ще невідомий процес. На цей час у нас може бути недостатньо інформації, щоб зрозуміти, що це за процес. Але відповіді надзвичайно доступні.
«Оскільки сонячна активність зростатиме в найближчі роки, — пишуть дослідники, — очікується, що повторний аналіз випадків таких полярних сяйв з домінуванням блакитного кольору дасть уявлення про процеси генерації полярних сяйв із домінуванням синього кольору в низьких широтах». Дослідження опубліковано в Earth, Planets and Space.
