НАУКА
Наука, стоящая за северным сиянием, — объяснение
Как солнечный ветер, заряженные частицы и магнитное поле Земли вместе зажигают арктическое небо зелёным, красным и фиолетовым — физика, стоящая за северным сиянием в Тромсё.
Смотреть туры за северным сиянием на GetYourGuide ↗Всё начинается за 150 миллионов километров отсюда — на солнце.
Полярное сияние рождается из солнечного ветра — постоянного потока заряженных частиц, в основном электронов и протонов, которые устремляются от Солнца со скоростью, достигающей нескольких сотен километров в секунду. Когда Солнце становится активнее, оно также выбрасывает корональные выбросы массы — огромные сгустки солнечного вещества, достигающие Земли за один-три дня. И устойчивый ветер, и редкие вспышки дают сырьё для небесного шоу, но ни то, ни другое не гарантирует его — то, что происходит дальше, когда этот материал встречается с магнитным полем Земли, и решает, загорится ли небо над Тромсё в конкретную ночь.
Магнитное поле Земли направляет частицы к полюсам
Магнитосфера Земли отклоняет большую часть солнечного ветра вокруг планеты, поэтому вблизи экватора полярное сияние — редкость: тот самый защитный пузырь, который на протяжении геологических эпох оберегает атмосферу. Однако силовые линии сходятся у северного и южного магнитных полюсов, направляя заряженные частицы в верхние слои атмосферы двумя кольцевыми зонами шириной в несколько тысяч километров — одна над Арктикой, другая над Антарктикой, словно зеркально отражая друг друга. Крайне северное расположение Тромсё помещает город почти прямо под северным кольцом, известным как авроральный овал, — и именно это главная причина того, что здесь ночей с сиянием значительно больше, чем в местах на более низких широтах.
Столкновение, а не сгорание — так рождается свет
Северное сияние — это не огонь и не отражённый свет; это столкновение, масштаб которого трудно вообразить. Частицы, направляемые магнитным полем вниз, врезаются в атомы кислорода и азота на высоте примерно от 100 до 300 километров — гораздо выше тех 10–12 километров, на которых летают коммерческие авиалайнеры, — передавая атомам энергию, которую те затем высвобождают в виде фотонов. По сути, это тот же процесс, что и в неоновой вывеске, только в колоссально большем масштабе и на куда большей высоте. Точная высота и конкретный газ определяют цвет, поэтому за одну ночь одно и то же сияние может переливаться несколькими разными оттенками, ведь столкновения происходят на разных высотах.
Почему зелёный доминирует почти в каждой витрине
Кислород на высоте от 100 до 300 километров даёт жёлто-зелёное свечение, которое составляет основу того, что люди обычно видят из Тромсё в типичную ночь — и, к счастью, это же цвет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен при слабом освещении, поэтому даже умеренное сияние кажется ярче, чем оно есть на самом деле. Более редкие красные тона возникают от того же кислорода выше, примерно с 300 километров, где столкновения происходят реже, а свечение получается тусклее. Синие и фиолетовые оттенки, в свою очередь, рождаются азотом в нижних слоях атмосферы и обычно видны лишь во время более мощного, энергичного сияния, вызванного более сильным выбросом солнечных частиц.
Авроральный овал не статичен — он дышит.
Кольцо авроральной активности вокруг магнитного полюса непрерывно расширяется и сжимается в зависимости от геомагнитных условий — это скорее живая форма, чем фиксированная линия на карте. В тихую ночь оно может отступить почти к самому полюсу, оставляя даже самые северные районы за его пределами; во время сильной геомагнитной бури оно разбухает наружу — именно поэтому мощный шторм иногда доносит видимое сияние вплоть до Центральной Европы. Расположение Тромсё почти прямо под овалом означает, что городу редко нужно большое расширение, чтобы увидеть представление, — вот научная причина, по которой даже скромный индекс KP способен породить здесь яркое, красочное шоу прямо над головой.
Одиннадцатилетний ритм, стоящий за этими цифрами
Солнечная активность нарастает и спадает примерно по одиннадцатилетнему циклу, известному как солнечный цикл, и чем больше солнечных пятен и вспышек появляется на поверхности Солнца, тем больше исходного материала для полярных сияний. Солнечный цикл 25 достиг своего максимума около 2024 года, наступив несколько раньше и оказавшись сильнее, чем ожидали многие прогнозисты, и повышенная активность обычно сохраняется ещё несколько лет после пика, прежде чем Солнце постепенно затихает в направлении следующего минимума. Ничто из этого не меняет фундаментального географического преимущества Тромсё — его положение под овалом сияний важно на любой фазе цикла, — но более активное Солнце, как правило, действительно означает более частые и яркие всполохи.
Не знаете, какой вечер выбрать или какой тур за северным сиянием подойдёт?
Оставьте свой email и примерные даты поездки — мы пришлём краткий обзор: как работает сезон месяц за месяцем, почему минивэн с погоней за сиянием лучше стационарного лагеря в облачные ночи и как читать прогноз, чтобы забронировать правильные вечера.