Северное сияние - атмосферное явление, считающееся Святым Граалем небесных наблюдений.
Северное сияние полыхает в небе Финского залива.
Северное сияние, или аврора бореалис, - это красивые танцующие волны света, которые завораживают людей на протяжении тысячелетий. Но при всей своей красоте это захватывающее световое шоу - довольно жестокое явление.
Энергичные частицы солнца врезаются в верхние слои атмосферы Земли со скоростью до 45 миллионов миль в час (72 миллиона километров в час), но магнитное поле нашей планеты защищает нас от этого натиска.
Когда магнитное поле Земли перенаправляет частицы к полюсам - там тоже есть южные сияния, о которых вы можете прочитать ниже, - драматический процесс превращается в кинематографическое атмосферное явление, которое ослепляет и завораживает как ученых, так и наблюдателей за небом.
ИСТОРИЯ СЕВЕРНОГО СИЯНИЯ
Хотя именно итальянский астроном Галилео Галилей в 1619 году придумал название "aurora borealis" - в честь римской богини рассвета Авроры и греческого бога северного ветра Бореаса, - самое раннее предполагаемое упоминание о северном сиянии содержится в наскальной живописи во Франции 30 000-летней давности.
С тех пор цивилизации всего мира восхищались этим небесным явлением, приписывая танцующим огням всевозможные мифы о происхождении. Одна из легенд североамериканских инуитов гласит, что северное сияние - это духи, играющие в мяч с головой моржа, а викинги считали, что это явление - свет, отражающийся от доспехов валькирий, сверхъестественных дев, которые приводили воинов в загробный мир.
Ранние астрономы также упоминали о северном сиянии в своих записях. Например, королевский астроном при вавилонском царе Навуходоносоре II записал свой отчет об этом явлении на табличке, датированной 567 годом до н. э., а в китайском отчете 193 года до н. э. также упоминается аврора, согласно данным НАСА.
Научное обоснование северного сияния было теоретически обосновано лишь в начале XX века. Норвежский ученый Кристиан Биркеланд предположил, что электроны, испускаемые солнечными пятнами, создают атмосферное сияние, направляясь к полюсам под действием магнитного поля Земли. В итоге теория оказалась верной, но лишь спустя долгое время после смерти Биркеланда в 1917 году.
Такой вид на северное сияние открывается с борта Международной космической станции. В момент съемки космическая станция находилась на орбите на высоте около 415 километров над Россией и Украиной.
ЧТО ТАКОЕ СЕВЕРНОЕ СИЯНИЕ?
В любой момент времени Солнце выбрасывает заряженные частицы из своей короны, или верхних слоев атмосферы, создавая так называемый солнечный ветер. Когда этот ветер врезается в ионосферу Земли, или верхние слои атмосферы, рождается аврора. В Северном полушарии это явление называется северным сиянием (aurora borealis), а в Южном полушарии - южным сиянием (aurora australis).
"Эти частицы отклоняются к полюсам Земли магнитным полем нашей планеты и взаимодействуют с нашей атмосферой, накапливая энергию и вызывая ее свечение", - говорит астроном Билли Титс, директор обсерватории Дайера при Университете Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси.
Яркие цвета северного сияния обусловлены химическим составом атмосферы Земли.
"Каждый тип атома или молекулы, будь то атомарный водород или молекула углекислого газа, поглощает и излучает свой собственный уникальный набор цветов, что аналогично тому, как каждый человек имеет уникальный набор отпечатков пальцев", - сказал Титс в интервью Space.com. "Некоторые из доминирующих цветов, наблюдаемых в сиянии, - это красный, создаваемый молекулами азота, и зеленый, создаваемый молекулами кислорода".
В то время как солнечный ветер постоянен, солнечные выбросы проходят примерно 11-летний цикл активности. Иногда наступает затишье, но иногда возникают огромные бури, которые бомбардируют Землю огромным количеством энергии. Именно в это время северное сияние наиболее яркое и частое. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), последний солнечный максимум, или период максимальной активности, пришелся на 2014 год, а следующий - примерно на 2025 год.
Несмотря на многочисленные достижения в области гелиофизики и науки об атмосфере, многое в северном сиянии остается загадкой. Например, исследователи не были до конца уверены, как заряженные частицы солнечного ветра разгоняются до необычайных скоростей (45 миллионов миль в час) до июня 2021 года, когда исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, подтвердило, что ускорение частицам придает явление под названием альфвеновские волны. Волны Альфвена - это низкочастотные, но мощные волнения, возникающие в плазме под действием электромагнитных сил; электроны, создающие северное сияние, "плывут" по этим волнам в атмосфере Земли, быстро ускоряясь.
НАСА также занимается поиском подсказок о том, как работает северное сияние. В 2018 году космическое агентство запустило зонд Parker Solar Probe, который в настоящее время вращается вокруг Солнца и в конце концов приблизится к нему настолько, что сможет "прикоснуться" к короне. Там космический аппарат будет собирать информацию, которая может рассказать больше о северном сиянии.
Северное сияние лучше всего наблюдать зимой, когда ночи длинные. В результате многочасового терпеливого труда фотографа получился этот снимок, на котором запечатлены и облака, и сияние в ночном небе.
СЕВЕРНОЕ СИЯНИЕ, ЮЖНОЕ СИЯНИЕ И СТИВ
На Земле аналогом северного сияния в Южном полушарии является южное сияние - физически они одинаковы и отличаются только местоположением. Поэтому ученые ожидают, что во время солнечной бури они будут происходить одновременно, но иногда наступление одного из них отстает от другого.
"Один из самых сложных аспектов ночных авроров - сравнение Aurora borealis с Aurora australis", - говорит Стивен Петринек, физик из аэрокосмической компании Lockheed Martin, специализирующийся на физике магнитосферы и гелиосферы.
"В то время как некоторые авроральные выбросы происходят в обоих полушариях в одно и то же магнитное местное время, другие выбросы появляются в противоположных секторах двух полушарий в разное время - например, до полуночи в Северном полушарии и после полуночи в Южном", - сказал Петринек в интервью Space.com.
Полушарная асимметрия авроры отчасти объясняется тем, что магнитное поле Солнца влияет на магнитное поле Земли, но исследования этого явления продолжаются.
Еще одно похожее на аврору явление на Земле - STEVE ("Сильное усиление скорости теплового излучения"). Как и северное и южное сияние, STEVE - это светящееся атмосферное явление, но оно выглядит несколько иначе, чем его волнистые авроральные аналоги. "Эти выбросы выглядят в виде узкой и четкой дуги, обычно имеют фиолетовый цвет и часто включают в себя зеленую структуру в виде пикета, которая медленно перемещается на запад", - говорит Петринек.
STEVE также виден из более низких широт, ближе к экватору, чем авроры.
Исследование 2019 года, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, показало, что STEVE является результатом двух механизмов: Сиреневые полосы вызваны нагревом заряженных частиц в верхних слоях атмосферы, а структура в виде пикетов - падением электронов в атмосферу. Последний процесс является той же движущей силой, что и аврора, что делает STEVE гибридом авроры особого рода.
АВРОРЫ НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ
Авроры встречаются и на других планетах - все, что нужно для возникновения авроры, это атмосфера и магнитное поле.
"Авроры были замечены в атмосферах всех планет-гигантов, что неудивительно, ведь все эти планеты обладают сильными магнитными полями", - говорит Джефф Регестер, преподаватель физики и астрономии в Университете Хай-Пойнт в Северной Каролине. "Еще более удивительно, что авроры были обнаружены на Венере и Марсе, у которых очень слабое магнитное поле".
Действительно, ученые зарегистрировали три различных типа марсианских аврор. Один из них возникает только на дневной стороне планеты, другой - широко распространенный ночной, вызванный сильными солнечными бурями, а третий - гораздо более редкое ночное явление.
Марсианский орбитальный аппарат "Надежда", первая в истории межпланетная миссия Объединенных Арабских Эмиратов, сумел запечатлеть дискретную ночную аврору вскоре после прибытия на Красную планету в начале 2021 года. Наблюдения зонда могут помочь ученым лучше понять это загадочное явление.
Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз сильнее земного, поэтому авроры на планете-гиганте гораздо ярче тех, что пылают в нашем небе. И огни Юпитера создаются не только солнечным ветром: Большинство частиц, вызывающих авроры на планете, выбрасываются в космос ее близкой орбитой луной Ио, самым вулканическим телом в Солнечной системе.
Астрономы даже уловили проблески явной авроральной активности в других солнечных системах. Например, в двух исследованиях, опубликованных в октябре 2021 года, сообщается об обнаружении радиоволн, излучаемых несколькими красными карликами - звездами, которые меньше и тусклее нашего Солнца.
По словам исследователей, эти радиоволны, скорее всего, связаны с некой "обратной" авророй, которая вспыхивает вблизи звезд и приводится в движение частицами, высвобождаемыми близко расположенными планетами.
"Наша модель этого радиоизлучения от наших звезд представляет собой увеличенную версию Юпитера и Ио: планета окутывается магнитным полем звезды, подавая материал в огромные потоки, которые аналогичным образом питают яркие авроры", - сказал в своем заявлении Джозеф Каллингем, радиоастроном из Лейденского университета в Нидерландах и голландской национальной обсерватории ASTRON, соавтор обоих новых исследований. "Это зрелище привлекло наше внимание с расстояния в несколько световых лет".
На данный момент эти планеты-кормильцы остаются гипотетическими; никто еще не обнаружил ни одной, обращающейся вокруг красных карликов, которые изучала команда. Но если Каллингем и его коллеги правы, в распоряжении астрономов может оказаться новый мощный метод поиска планет.
Ожидается, что авроры будут относительно часто встречаться и в небе экзопланет. Но нам придется получше рассмотреть эти далекие миры, чтобы увидеть их световые шоу напрямую.
ГДЕ И КОГДА МОЖНО УВИДЕТЬ СЕВЕРНОЕ СИЯНИЕ
Увидеть северное сияние своими глазами - это пункт в списке желаний как любителей астрономии, так и путешественников. К счастью, они происходят часто.
"Северное сияние происходит 24 часа в сутки, семь дней в неделю, 365 дней в году, - говорит фотограф Чад Блейкли, владелец туристической компании Lights Over Lapland, специализирующейся на северном сиянии. Но это не значит, что их легко заметить: нужно оказаться в нужном месте в нужное время".
По данным Геофизической обсерватории Тромсё в Норвегии, лучшее место для наблюдения северного сияния - это любое место в "авроральной зоне", то есть в радиусе примерно 1550 миль (2500 километров) от Северного полюса. Именно там чаще всего возникает аврора, хотя во время особенно сильных солнечных бурь она может проникать и дальше на юг.
Например, в марте 1989 года мощное солнечное извержение сделало северное сияние видимым, хотя и кратковременным, для людей даже южнее Гондураса. (Впрочем, были и негативные последствия: Геомагнитная буря, которая усилила аврору, также временно отключила электричество во всей канадской провинции Квебек).
В зоне авроры лучше всего находиться как можно дальше от городских огней, чтобы обеспечить максимальную видимость. Но попасть в центр арктической дикой природы довольно сложно даже с гидом, поэтому лучше всего отправиться в места с развитой инфраструктурой, такие как Фэрбенкс (Аляска), Йеллоунайф (Канада), Шпицберген (Норвегия), Национальный парк Абиско (Швеция), Рованиеми (Финляндия) и почти все места в Исландии.
Лучшее время года для наблюдения за северным сиянием - с сентября по апрель, когда небо становится достаточно темным, чтобы увидеть аврору. (На крайнем севере в это время бывает полуночное солнце или 24 часа дневного света летом). По данным Геофизического института Университета Аляски в Фэрбенксе, наибольшая активность обычно наблюдается между 21:00 и 3:00. Не забывайте о фазах луны, так как яркая полная луна может заливать ночное небо светом. Проверяйте также местные прогнозы погоды, потому что сквозь облака аврору будет не разглядеть.
Вы также можете следить за прогнозами авроры от Геофизического института Университета Аляски в Фэрбенксе и NOAA, которая предлагает трехдневные и 30-минутные прогнозы.
