WikiSort.ru - Космос

Полярное сияние (авро́ра, лат. Aurora), северное сияние (Aurora Borealis), южное сияние (Aurora Australis), устар. «па́зори»^[1][2] — свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

Природа явления

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызваны низкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы.

При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых атомов кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.

Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с увеличением высоты в соответствии с барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обусловливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния Земли

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления. Например, на острове Стюарт, лежащем лишь на 47° параллели, сияния происходят регулярно. Маори даже назвали его «Пылающие небеса».

В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивно излучение основных компонентов атмосферы — азота и кислорода, при этом наблюдаются их линии излучения как в атомарном, так и молекулярном (нейтральные молекулы и молекулярные ионы) состоянии. Самыми интенсивными являются линии излучения атомарного кислорода и ионизированных молекул азота.

Свечение кислорода обусловлено излучением возбуждённых атомов в метастабильных состояниях с длинами волн 557,7 нм (зелёная линия, время жизни 0,74 с) и дублетом 630 и 636,4 нм (красная область, время жизни 110 с). Вследствие этого красный дублет излучается на высотах 150—400 км, где вследствие высокой разреженности атмосферы низка скорость гашения возбуждённых состояний при столкновениях. Ионизированные молекулы азота излучают при 391,4 нм (ближний ультрафиолет) 427,8 нм (фиолетовый) и 522,8 нм (зелёный). Однако, каждое явление обладает своей неповторимой гаммой, в силу непостоянства химического состава атмосферы и погодных факторов.

Спектр полярных сияний меняется с высотой. В зависимости от преобладающих в спектре полярного сияния линий излучения полярные сияния делятся на два типа: высотные полярные сияния типа A с преобладанием атомарных линий и полярные сияния типа B на относительно небольших высотах (80—90 км) с преобладанием молекулярных линий в спектре вследствие столкновительного гашения атомарных возбужденных состояний в сравнительно плотной атмосфере на этих высотах.

Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии. Так, за одно из зарегистрированных в 2007 году возмущений выделилось 5⋅10¹⁴ джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.

При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.

Считалось, что полярные сияния в северном и южном полушарии являются симметричными. Однако одновременное наблюдение полярного сияния в мае 2001 года из космоса со стороны северного и южного полюсов показало, что северное и южное сияния существенно отличаются друг от друга^[3].

В 2016 году был обнаружен новый вид полярных сияний — фиолетового цвета. Они были названы Стив (STEVE — сокр. Strong Thermal Emission Velocity Enhancement)^[4].

Полярные сияния на других планетах

Хотя Венера и не имеет достаточно сильного магнитного поля, они появляются в виде светлых и диффузных пятен различной формы и интенсивности, иногда затрагивающие весь планетарный диск. Сияния на Венере образуются путём соударений электронов солнечного ветра и атмосферы планеты и особенно хорошо видны на ночной стороне атмосферы.

Полярные сияния также были обнаружены и на Марсе, 14 августа 2004 года, инструментом SPICAM на борту Mars Express. Оно находилось в районе Киммерийской земли (англ.)русск. (52° ю. ш. 177° в. д.). Общий размер излучающей области составлял около 30 км в поперечнике, и примерно 8 км в высоту^[5]. Анализируя карту разломов коры, скомпилированную из данных космического аппарата Mars Global Surveyor, учёные заметили, что области выбросов соответствуют району, где локализовано магнитное поле. Это указывает на то, что обнаруженное световое излучение было потоком электронов, движущихся вдоль силовых линий магнитного поля в верхние слои атмосферы Марса.

Магнитные поля планет-гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обусловливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Так, высочайшим в Солнечной системе (1200 км) является северное сияние Сатурна^[6][7]. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет-гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Однако благодаря высокому содержанию водорода в их атмосферах, излучению ионизированного водорода в ультрафиолетовом диапазоне и малому альбедо планет-гигантов в ультрафиолете, с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп «Хаббл») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет.

Особенностью Юпитера является влияние его спутников на полярные сияния: в областях «проекций» пучков силовых линий магнитного поля на авроральный овал Юпитера наблюдаются яркие области полярного сияния, возбуждённые токами, вызванными движением спутников в его магнитосфере и выбросом ионизированного материала спутниками — последнее особенно сказывается в случае Ио с её вулканизмом.

На изображении полярного сияния Юпитера, сделанного космическим телескопом «Хаббл» заметны такие проекции: Ио (пятно с «хвостом» вдоль левого лимба), Ганимеда (в центре) и Европы (чуть ниже и справа от следа Ганимеда).

На Уране и Нептуне также были отмечены полярные сияния.

В культуре

См. также

Примечания

Литература

• Александров Н. Л. Полярные сияния // Соросовский образовательный журнал, 2001, № 5, с. 75-79;
• Булат В. Л. Оптические явления в природе. // М., Просвещение, 1974, 143 с;
• Мишин Е. В., Рушин Ю. Я., Телегин В. А. Взаимодействие электронных потоков с ионосферной плазмой. // Л., Гидрометеоиздат, 1989, 264 с.
• Исаев С. И. Полярные сияния. // Мурманск, Книж. изд-во, 1980, 141 с.;
• Мизун Ю. Г. Полярные сияния. // М., Наука, 1983, 136 с.;
• Зверева С. В. В мире солнечного света. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988. — 160 с.
• Stern, David P. (1996). “A Brief History of Magnetospheric Physics During the Space Age”. Reviews of Geophysics. 34 (1): 1—31. Bibcode:1996RvGeo..34....1S. DOI:10.1029/95rg03508.
• Stern, David P. The Exploration of the Earth's Magnetosphere (неопр.). phy6.org.
• Eather, Robert H. Majestic Lights: The Aurora in Science, History, and The Arts. — Washington, DC : American Geophysical Union, 1980. — ISBN 978-0-87590-215-9.
• Akasofu, Syun-Ichi (April 2002). “Secrets of the Aurora Borealis”. Alaska Geographic Series. 29 (1).
• Daglis, Ioannis; Akasofu, Syun-Ichi (November 2004). “Aurora – The magnificent northern lights”. Recorder. 29 (9): 45—48. Архивировано из оригинала (PDF) 24 May 2015.
• Savage, Candace Sherk. Aurora: The Mysterious Northern Lights. — San Francisco : Sierra Club Books / Firefly Books, 1994. — ISBN 978-0-87156-419-1.
• Hultqvist, Bengt. The Aurora // Handbook of the Solar-Terrestrial Environment. — Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2007. — P. 331–354. — ISBN 978-3-540-46314-6. — DOI:10.1007/978-3-540-46315-3_13.
• Sandholt, Even. Optical Aurora // Dayside and Polar Cap Aurora / Even Sandholt, Carlson, Egeland. — Netherlands : Springer Netherlands, 2002. — P. 33–51. — ISBN 978-0-306-47969-4. — DOI:10.1007/0-306-47969-9_3.
• Phillips, Tony 'tis the Season for Auroras (неопр.). NASA (21 October 2001). Проверено 15 мая 2006. Архивировано 11 апреля 2006 года.
•  Chisholm, Hugh, ed. (1911), "Aurora Polaris", Encyclopædia Britannica, vol. 2 (11th ed.), Cambridge University Press, pp. 927–934 

Ссылки

	Портал «Арктика»
	Полярное сияние на Викискладе

В Википедии есть портал «Астрономия»

• Видеоролик полярного сияния 17—18 марта 2015 года. Кольский полуостров на YouTube
• Видеоролик полярного сияния 1 марта 2011 года
• Полярные сияния в средних широтах (Беларусь)
• Над Индийским океаном произошло северное сияние
• В.ПСАЛОМЩИКОВ Небесные сполохи и загадки Земли
• Фёдор Юрчихин. Наш дом — Земля (2) (рус.). Полярные сияния. Федеральное космическое агентство. — Фотографии летчика-космонавта России Фёдора Юрчихина во время полета 25-й экспедиции на МКС. Проверено 9 ноября 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
• Northern Lights Gallery
• Фотографии: Арктика, Полярное сияние
• Astronomy Picture of the Day. Aurora Over Norway (англ.) (20 сентября 2010). Проверено 16 февраля 2014.
• Фотографии полярного сияния с Кольского полуострова

В этой статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок. Утверждения, не подкреплённые источниками, могут быть поставлены под сомнение и удалены. Вы можете улучшить статью, внеся более точные указания на источники.