Подробно об этом необычном явлении рассказывает волгоградский ученый.
Северное сияние – красочное оптическое явление, возникающее в атмосфере в высоких географических широтах обоих полушарий. Поэтому его называют полярным сиянием. Однако периодически его могут наблюдать и жители средней полосы, в том числе и в Волгограде. Последний раз горожане могли его видеть пятого ноября 2023 года, и было оно кроваво-красного цвета.
Почему столь нехарактерное для неполярных районов явление иногда можно наблюдать в южных регионах России, расскажет географ и климатолог Анатолий Судаков.
Ветер с Солнца дул
Полярное сияние – это люминесцентное свечение верхних слоёв земной атмосферы, возникающее при взаимодействии атмосферных газов с солнечным ветром, представляющим собой поток ионизированных молекул гелия и водорода, истекающих с поверхности нашего светила со скоростью от 300 до 1200 км/ч. Именно благодаря ионизации молекул ионосферы ночное небо не бывает абсолютно чёрным и всегда имеет слабое собственное свечение. В случае солнечных вспышек поток этого ветра становится более плотным и люминесценция ионосферы усиливается. В этом случае география полярных сияний расширяется.
Наиболее интенсивно энергию в световом диапазоне излучают молекулы и атомы кислорода и азота – двух основных газов земной атмосферы. Но для того чтобы это произошло, они должны предварительно получить внешнюю энергию, источником которой является Солнце.
Поскольку Солнце имеет шарообразную форму, то интенсивность северного сияния зависит от того, в какую сторону и под каким углом к Земле с его поверхности при вспышке произойдёт выброс протонов. Наиболее яркими и обширными полярные сияния бывают, когда протонный поток направлен строго на Землю. Таким образом, первопричину этого красочного полярного сияния всегда следует искать на поверхности Солнца.
Чем ближе к полюсам, тем чаще
Однако одного солнечного ветра для возникновения в атмосфере люминесцентного эффекта недостаточно. Для этого планета должна иметь собственное магнитное поле, которое захватывает солнечные ионы, имеющие электрический заряд. У Земли оно есть. Его генерирует железно-никелевое земное ядро, граница которого проходит на глубине 2900 км. Его внутренняя часть твёрдая, внешняя – жидкая. 90% земного магнетизма генерируется внешним ядром благодаря неостановимым конвекционным токам расплавленного металла.
Земля представляет собой космический диполь, силовые линии которого выходят из северного магнитного полюса, огибают планету по окружности и входят в южный магнитный полюс. Магнитная ось Земли наклонена на десять угловых градусов по отношению к оси её вращения, поэтому расположение географических и магнитных полюсов не совпадает. Напряжённость поля максимальна вблизи магнитных полюсов, поэтому поток солнечных ионов там наиболее плотный. Именно поэтому полярные сияния наиболее часто возникают в высоких широтах, обычно внутри круга радиусом 2500 км от магнитного полюса. В пределах этой зоны, называемой аврориальным кругом, это явление наблюдается почти в каждую календарную дату на протяжении всей полярной ночи.
Но иногда география полярных сияний расширяется. В средней полосе они могут наблюдаться при массивных выбросах солнечного вещества в случае, когда протуберанец направлен в сторону нашей планеты, что приводит к магнитной буре. Тогда избыточная внешняя энергия сильнее обычного ионизирует атмосферу над средними широтами. На широте Волгограда полярные сияния случаются один раз в 9-11 лет. К слову сказать, в Северном полушарии располагается южный магнитный полюс. И поскольку магнитная ось Земли наклонена в сторону Западного полушария, то в Канаде и США полярные сияния случаются чаще, чем на тех же широтах Евразии.
Много сияний хороших и разных
Полярное сияние – очень красивое зрелище. Лентообразное представляет собой пронизываемую лучами колышущуюся яркую ленту, которая постоянно меняет цвет и то развёртывается, то вновь сворачивается, как театральный занавес. Диффузное сияние имеет вид протяжённых сливающихся друг с другом пятен различного оттенка на небе. Лучевое образуется многочисленными вертикальными или наклонными световыми пучками. Встречаются и другие варианты.
Цветовая гамма явления зависит от его высоты. Наиболее часты зелёные сияния на высоте от 100 до 300 км, возникающие при переходе в возбуждённое состояние молекул кислорода и азота. К тому же человеческий глаз наиболее чувствителен к зелёной части светового спектра. И эти сияния человек видит при меньших значениях солнечной радиации. При всплесках солнечной активности поток энергии от светила значительно увеличивается и люминесцентный эффект возникает уже на высоте 300-400 км, где более редкое свечение красных тонов вызывается облучёнными атомами кислорода. Весьма редко бывают фиолетовые сияния на высоте 120-160 км, вызванные ионизацией атомов азота. На высотах до 120 км может возникать синее сияние от возбуждённых солнечной энергией молекул азота. Все остальные оттенки, например жёлтые и розовые, являются следствием смешения основных цветов. В приполярных областях обычно преобладают зелёные и фиолетовые сияния, а за пределами аврориального круга красноватые. Также с увеличением цифрового значения географической широты растёт яркость полярных сияний. Продолжительность явления может колебаться от нескольких минут до нескольких суток.
Красота – страшная сила!
Необычайно красивые и радующие глаз полярные сияния могут неблагоприятно влиять на здоровье вследствие того, что их цветовая пульсация, вызванная колебаниями напряжённости магнитного поля Земли, может совпадать с основными частотными ритмами человеческого мозга. Поэтому в период сияний могут наблюдаться тревожность, судороги, обострение хронических заболеваний и нарушение работы вестибулярного аппарата. Одним из опасных факторов, влияющих на человека во время полярного сияния, может быть сопровождающий его, но не ощутимый на слух инфразвук. Определённые его частоты могут существенно нарушать работу организма, в первую очередь нервной и сердечно-сосудистой системы человека.
Мощные полярные сияния нарушают радиосвязь, вплоть до её полной блокировки, вызывают сбои в навигационных системах, выводят из строя радары. Потоки заряженных частиц от Солнца во время сияний вызывают в земной ионосфере электрические токи, создающие вторичные магнитные поля и возмущающие геомагнитное поле Земли. В экстремальных случаях это может приводить к повреждению электрических трансформаторов и высоковольтных линий. Полярные сияния и магнитные бури создают в замкнутых системах индукционные токи, например на нефте- и газопроводах, что чревато техногенными авариями. Впрочем, случающиеся в наших краях очень редкие полярные сияния слишком слабы, чтобы нанести такой вред.
Автор: Анатолий Судаков.
