Как возникает полярное сияние?

Весной и осенью в полярных областях можно наблюдать одно из красивейших явлений природы — полярное сияние. На ночном небе загораются
сверкающие дуги, переливаясь разными красками. Иногда появляются длинные мерцающие полосы, затем на Землю из космоса словно обрушивается
гигантский каскад света. Этот фейерверк устраивает Солнце. Время от времени оно излучает большое количество электрически заряженных
частиц, которые с бешеной скоростью мчатся сквозь Вселенную. Магнитное поле Земли направляет «солнечный ветер» в сторону полюсов.
Если эти мельчайшие частицы сталкиваются с атомами воздушной оболочки Земли, то их энергия преобразуется в свет и на ночном небе возникают
разнообразно окрашенные полосы.

Поверхность Солнца очень изменчива. Иногда там происходят мощные взрывы, и в сторону Земли с огромной скоростью направляются частички солнечного вещества. Они достигают нашей планеты примерно через 30 часов. Магнитное поле Земли отклоняет эти частички к полюсам, где они вызывают обширные магнитные бури. Под действием протонов и электронов, проникающих в ионосферу из космоса, начинается свечение разреженных слоев атмосферы на высоте 80-1000 км. Небо от края до края расцвечивается цветными или бело-зелеными узорами: дугами, лентами, коронами, пятнами. В Северном полушарии полярное сияние называется северным, в Южном – южным сиянием. Кстати, южное сияние можно наблюдать далеко на севере, например, в Брисбене (Австралия) , а северное – даже в Афинах (Греция).

Природа полярных сияний

Сияние зимой на Аляске

Мыс Раханиеми. Сияние 18 августа 2003 года

Полярные сияния возникают в следствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы) . Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика . Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.

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 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 высотой 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 обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы (см. Рис. 3).

разряжение слоев атмосферы вызывает его)