Северное (полярное) сияние — как образуется, от чего зависит цвет и интенсивность, где и когда наблюдается

Одно из самых красивых и загадочных явлений природы, каким является полярное сияние, можно видеть в регионах, находящихся в непосредственной близости от северного полюса планеты. Фантастические краски и неземное величие изумительного зрелища вызывают у многих наблюдателей трепет восхищения. Скупая на краски, картина северных просторов создает необычный контраст с яркой и величественной картиной, разворачивающейся на небе. Тайна происхождения уникального явления давно получила научное объяснение, но оно не становится от этого менее привлекательным.

Общая информация о явлении

Поначалу с красочным небесным явлением было связано множество рассказов о сверхъестественных силах и мистических началах. Множество легенд северных народов связано с необычным цветом неба, которое издавна привлекало внимание людей. Когда накопленных научных знаний оказалось достаточно, чтобы объяснить физическую природу полярного сияния, его стали воспринимать, как особое природное явление. М. Ломоносов был одним из первых ученых, сделавших предположение о связи электричества и возникновения разноцветных огней в северном небе. Позднее физики доказали это теоретическое предположение, делая опыты с электромагнитными импульсами, пропускаемыми сквозь различные газообразные среды.

Как появляется сияние в полярных областях?

Образование огней в небе происходит в результате активизации волн в области одного из электромагнитных полюсов Земли. Сияние не привязывается к определенному времени суток, просто в дневное время его почти не видно, зато, когда наступает долгая полярная ночь, можно наблюдать различные красочные завихрения, пульсирующие полосы и разноцветные огни, напоминающие костер. Процесс напоминает люминесцентную лампу, также наполненную газом и загорающуюся светом в момент поступления электрического импульса. Также как в электроприборе, молекулы газов изменяют свое состояние под воздействием заряженных протонов и электронов, а возвращаясь в исходное состояние, излучают световые кванты. Атомы разных газов способны светиться различными оттенками. Синий и красный цвета придает сиянию присутствие азота, а кислород обнаруживает себя зеленым или бурым свечением.

Значение кислорода для образования полярного сияния

В самых верхних атмосферных слоях кислорода всегда присутствует меньше, чем у самой поверхности планеты. После получения электромагнитного импульса, атомы кислорода возвращаются в обычное состояние всего в течение 75-ти долей секунды. Затем на протяжении 2-х минут газ становится источником зеленого свечения, чтобы при затухании изменить оттенок на красный. Сталкиваясь с атомами других газов, энергия кислородных молекул поглощается ими, а излучение света полностью затухает. В разряженной атмосфере, на большой высоте над землей, столкновения заряженных атомов случаются реже, чем внизу. Поэтому ближе к земле зеленые полосы почти никогда не появляются.

Роль солнечного ветра и магнитного поля

В массе Солнца постоянно происходят ядерные реакции, в результате которых молекулы водорода делятся на положительные заряды – протоны, а также частицы с отрицательным зарядом – электроны. Бурная атомная реакция внутри звезды сопровождается мощнейшими выбросами продуктов деятельности, которые удаляются от нее в космическое пространство на огромной скорости, достигающей 960 км/сек.

Большая часть заряженных частиц, содержащихся в солнечном ветре, долетает до Земли, а затем отражается от ее поверхности. Частицы из непрерывно возникающего электромагнитного потока летят до нашей планеты в течение 2-3-х дней. Здесь они сталкиваются с магнитными полями Земли, которые имеют защитную функцию от подобных космических явлений и распространяются на ширину около 190 тысяч км. Поля захватывают заряженные частицы в зону своего воздействия и увлекают их за собой по направлению к обоим магнитным полюсам – северному и южному. Именно в этих районах электрические заряды сталкиваются с большими скоплениями различных газов, содержащихся в атмосфере. Получается эффект включения электрической лампы, а люди могут наблюдать сверкающее красками, прекрасное природное явление. Все это действие происходит на высоте около 100 км над поверхностью Земли, в верхних атмосферных слоях.

Влияние активности светила на яркость сияния

Физическая наука еще в 80-х годах 19-го века находила прямую связь между солнечной активностью и яркостью полярного сияния. Более глубокое изучение электрических явлений и наглядные опыты придвинули ученых к пониманию природного процесса, при котором заряженные молекулы солнечного ветра попадают под влияние магнитного поля Земли и проходят сквозь потоки атмосферных газов.

Температура на поверхности Солнца достигает миллионов градусов, когда заряженные в результате термоядерных реакций, частицы на большой скорости вырываются из околосолнечной зоны, улетучиваясь по направлению к планетам системы. Чем сильнее вспышки на звезде, тем более сильный импульс получают частицы, а значит, проходя через газы, составляющие атмосферу, они вызывают более яркое свечение. Еще больше яркость сияния связана с периодами максимальных выходов солнечной энергии, которые повторяются каждые 11 лет.

Разновидности полярного сияния

Наблюдения за проявлениями солнечного сияния показали различия в типах свечения. Ученые выявили 2 основных вида полярного свечения, среди которых следующие:

Диффузное

Рассеянные и мягкие очертания светящихся пятен неправильной формы появляются на небе при диффузном типе полярного сияния. Они похожи на огромные облака с размытыми границами, ярко освещенные лунным светом. Иногда рассеянная вуаль, без четких огневых вспышек, может занимать почти всю поверхность небосвода, в его видимой области.

Точечное сияние

В условиях глубокой и очень темной ночи появляются отдельные всполохи, яркость которых может быть разной, но объем всегда небольшой.

Самые подходящие места для наблюдения

Природные явления сияний можно наблюдать в районах обоих полюсов земного шара. Из космического корабля хорошо видно, как над южной и северной шапкой льдов образуются неправильные овальные свечения, середина которых совпадает с центрами полюсов. Чаще всего оба полюса зеркально совпадают друг с другом, но иногда они отличаются по величине и окраске. Лучше всего наблюдать северное сияние за линией полярного круга, на территории стран, которые расположены в этой климатической зоне, на широтах в 67-70 градусов.

В каких странах наблюдают северное сияние?

Наиболее яркие проявления Северного сияния наблюдаются на Аляске и в скандинавских странах. Иногда слабые всполохи можно увидеть на территории Шотландии или центральной России. Вдали от городского освещения ночных улиц можно любоваться разноцветным небесным великолепием, находясь на Кольском полуострове, в Мурманской или Архангельской области, а также в Карелии.

В Финляндии есть район Кильсписъярви, где на каждые 4 ночи приходится 3 с полярным сиянием, но это не предел частоты появления небесной картины. Есть и другие районы в стране, где полярное сияние можно видеть еще чаще, например Астрополис, своеобразный научно-исследовательский центр. Он расположен в городке Соданкюля, откуда ученые проводят наблюдения над чудесным природным явлением, начиная с 1912-го года. Неподалеку от полярного города выстроено сооружение «Корона Севера», по форме фасадов напоминающее саамский национальный дом – чум. Внутри него располагается зрительный зал, в котором воспроизводится красивое полярное сияние. В Лапландии, самой северной стране мира, каждый февраль проводят фестиваль, посвященный полярному сиянию, где устраивают состязания по зимним видам спорта и конечно наблюдают великолепные картины ночного неба.

В Норвегии также есть свое культовое место для наблюдения за уникальным северным явлением. Оно расположено на вершине заснеженной горы Хальде и представляет собой одну из самых старых обсерваторий, построенной в 1899-м году. Разумеется, идея соорудить обсерваторию в таком месте, появилась из желания узнать больше о природе северного сияния, несмотря на то, что путь к ней занимает 3-4 часа подъема на гору. В суровых условиях архипелага Шпицберген имеются гостиницы с окнами на крыше, через которые гости с комфортом наблюдают чудеса северной природы.

Пользуются хорошими условиями для наблюдения полярного сияния и жители Швеции, которые для привлечения туристов создают благоприятные условия в селениях Абиско и Бьорклиден. В Исландии также созданы великолепные условия для желающих полюбоваться загадочным небесным явлениям, лежа в ванной джакузи комфортабельного отеля.

Северное сияние не теряет своей магической привлекательности, даже в век технического прогресса. Создание удобных туристических маршрутов и обустроенных условий проживания привлекает все больше путешественников, желающих полюбоваться непредсказуемым и, ни с чем не сравнимым по красоте, природным явлением.

Звуки, генерируемые сиянием

Электромагнитные процессы в атмосфере сопровождаются характерными звуками от столкновения разрядов. Они могут звучать, как короткие и слабые хлопки, статический треск или непродолжительный приглушенный фоновой шум. Изучение звуковых проявлений северного сияния долгое время было затруднено, из-за большой отдаленности природного явления от поверхности Земли. В 2012-м году своими наблюдениями и записями звуков полярного сияния поделились ученые из финского Университета Аалто. Им удалось зафиксировать шумы, производимые на высоте около 70-ти км над поверхностью планеты. Шумы формировались путем взаимодействия атмосферных газов и частиц солнечного ветра.

Исследователи из американского Университета Аляски считают, что из-за редкости появления хорошо слышимых шумов в области северного сияния, очень небольшое количество людей может похвастаться тем, что смогли их услышать. Многолетние наблюдения позволяют сделать вывод, что наиболее шумными периодами для полярных сияний являются моменты солнечной активности. Также больше звуков можно услышать в безветренные и тихие ночи.

Как часто происходит северное сияние?

Всполохи яркого света на полярном небосводе существуют на протяжении всего года, независимо от сезона и погодных особенностей. Однако наибольшая активность отмечается во время дней равноденствия, которые бывают весной и осенью. Традиционным периодом для наблюдения полярного сияния считается время с 21 сентября по 21 марта, так как в северных регионах планеты осенью ночи наступают рано. Особенно велики шансы застать яркое и обширное зрелище в вечернее время, с 21:00 до 23:00 часов, так как позже происходит выравнивание разницы электрического напряжения в обоих полюсах планеты и сияние слабеет. Самое насыщенное красками сияние можно увидеть на чистом от облаков небе, в морозную ночь.

Что влияет на яркость и оттенки северного сияния?

Электрическая природа северного сияния в большой степени зависит от различных факторов, связанных с жизнедеятельностью Солнца и планет. К ним относятся: фаза солнечной активности, степень возмущенности магнитных полей Земли, географического расположения местности и высоты электромагнитных взаимодействий. Условно принято делить степень яркости сияния на 4 класса, которая повышается от 1-го до 4-го уровня. Градация силы свечения происходит от самых слабых и плохо видимых случаев, до сопоставимых с ярким и полным лунным диском. Цвета, вспыхивающие на ночном небосводе, окрашиваются в зависимости от газа, количество которого преобладает в данном месте атмосферы, так как каждый из них дает свой собственный оттенок.

Искусственные северные сияния

Использование человеком ядерной энергии показало, что можно искусственно вызвать подобие северного сияния, так как оно появлялось после испытаний бомб в верхнем слое атмосферы. Такой опыт был осуществлен под руководством Министерства обороны США, в результате которого удалось получить сияющую малиновую дугу, постепенно меняющую оттенки на фиолетовый, красный и зеленый. По цвету искусственной вспышки можно было узнать, какой именно газ взаимодействовал с заряженными атомными частицами. В данном случае, в атмосфере присутствовали кислород и азот. Иногда небольшие подобия северного сияния оставляют космические корабли, выходящие на околоземную орбиту.

История изучения

Редкое зрелище необычайной красоты с давних времен привлекало пытливые умы исследователей, так путешественник де Уолла, еще в 1745-м году, описал необычное свечение небосвода в стороне Южного полюса, когда его корабль проходил рядом с мысом Горн. Благодаря сохранившимся запискам знаменитого путешественника Кука, стало известно, что, кроме полярного сияния на Северном полюсе, оно бывает также и на Южном, причем одновременно. Встречались и объяснения уникального явления, граничащие с фантазией, например, возникновение люминесценции из-за гнилостных процессов в рыбах, выброшенных на побережье северных морей.

Ближе многих современников к открытию истины был Г. Галилей, определявший природу явления, как свечение намагниченной жидкости. М. Ломоносов поставил простой опыт со стеклянным шаром, из которого был удален весь воздух. Внутреннюю полость стеклянного сосуда ученый заполнял разными газами, а затем пропускал через них электрические заряды, получая слабое разноцветное свечение в емкости. Именно гипотеза Ломоносова стала основой для дальнейших поисков ученых, которым удалось найти причину природного явления в солнечном ветре и атмосферных газах.

Северное сияние: легенды и мифы

У многих северных народов сохранились древние предания о своеобразном способе богов проявлять свою радость, с помощью ярко раскрашенного небесного свода. В поверьях утверждалось, что человека, увидевшего полярное чудо обязательно ожидает счастье. Но встречаются среди них и негативные версии, согласно которым, яркими вспышками на небе боги говорят о своем гневе, а значит, скоро надо ждать беды.

Скандинавские страны создали свой пантеон богов и предания, согласно которым, радуга и полярное сияние использовались небожителями для коммуникативных связей с жителями нижнего мира. Вспышки, величиной с половину неба, считались огнями в руках волшебных и воинственных валькирий, одетых в блестящие доспехи. Эскимосы, проживающие на территории Канады, верили, что сияние вызывается свистом, а их соплеменники с Аляски опасались нападения буйных соседей, агрессию которых вызывает яркое небесное явление.