Что такое северное сияние

Наиболее подходящее время и место для наблюдения за полярным сиянием

Полярные сияния видны и в Северном, и в Южном полушарии, в виде овала неправильной формы. Его центр располагается над магнитным полюсом. Интересно, что полярные огни на Южном полюсе являются зеркальным отображением такого же явления на Северном. Зоны, благоприятствующие максимальной видимости полярных сияний, называются авроральными овалами. Они расположены между 67 – 70 градусами широты. В период максимума солнечной активности овал на севере и юге значительно расширяется, и атмосферное свечение видно на более низких широтах – вплоть до 45 градусов и даже ниже.

Полярное сияние в Антарктиде видно точно так же, как и в Арктике.

Полярное сияние в Антарктиде

Наиболее удобное место для наблюдений за северными сияниями – это области земного шара, находящиеся севернее или южнее соответствующих полярных кругов. Также северное полярное сияние доступно наблюдателям южной части Гренландии. Южное сияние видно вокруг Антарктиды.

Указанное природное явление является циклическим. Его интенсивность совпадает с циклом активности Солнца. Самая высокая вероятность увидеть свечение атмосферы зимой. Этому способствует короткий световой день и длинные ночи. Лучшая видимость сияний – около полуночи.

Полярное сияние бывает в любой сезон. Его появление зависит от интенсивности солнечных бурь.

Молекулярная палитра

Когда заряженные частицы попадают в верхние слои атмосферы, то сталкиваются с атомами кислорода и азота, что заставляет их светиться.

Самый распространённый цвет, который мы видим, когда загорается полярное сияние, — зелёный. Дело в том, что максимум чувствительности человеческого глаза приходится на зелёную область спектра: так распорядилась эволюция.

Само свечение происходит на высоте всего 100 км. Если же оно выше 100 км, то мы можем наблюдать красные оттенки. Это, конечно, тоже кислород, но светится по-другому. Когда заряженные частицы доходят до более высоких слоёв атмосферы, то свечение может быть даже фиолетовым — это реакция молекулярного азота.

В зависимости от того, какой мощности облака плазмы прилетают в земную магнитосферу, случаются разной мощности магнитные бури, которые измеряются Kр-индексом. Он колеблется от 0 до 9, где 0 означает отсутствие геомагнитной активности, а 9 означает экстремальный геомагнитный шторм.

Яркий момент арктического круиза

Как образуется северное сияние

Оно является результатом высвобождения фотонов в верхней части земной атмосферы, на высоте примерно 80 км. Молекулы азота и кислорода под действием заряженных солнечных частиц переходят в возбужденное состояние, а при переходе в основное состояние восстанавливается электрон и излучается квант света. Различные молекулы и атомы дают разный цвет свечения, например: кислород — зеленый или коричневато-красный, в зависимости от количества поглощенной энергии, азот синий или красный. Синий цвет азота возникает, если атом восстанавливает электрон ионизации, красный — при переходе в основное состояние из возбужденного.

Роль кислорода

Кислород является необычным элементом с точки зрения его возвращения в основное состояние: этот переход может занимать ¾ секунды, а излучать зеленый свет до двух минут, после чего он становится красным. Столкновения с другими атомами или молекулами поглощают энергию возбуждения и предотвращают излучение света. В верхних частях атмосферы процент кислорода низкий и такие столкновения достаточно редки, что дает время кислороду излучать красный квант света. Столкновения становятся более частыми по мере продвижения вглубь атмосферы, так что ближе к поверхности красное излучение не успевает образоваться, а у поверхности даже зеленое свечение прекращается.

Изображения авроры сегодня встречаются значительно чаще, в связи с ростом качества и доступности цифровых камер, которые имеют достаточно высокую чувствительность.

Легенды

Виды северного сияния

Есть множество градаций, по которым подразделяют разновидности свечений в небе.

В зависимости от причины появления полярного сияния, его делят на:

1. Электронные. Они возникают, когда с частицами в воздухе сталкиваются заряженные электроны. В этом случае появляются все яркие авроры, которыми восхищаются люди.
2. Протонные. Малоизученное явление. Чаще всего протоны сталкиваются с воздухом во время геомагнитных бурь. При этом свечение может оказаться невидимым для человеческого глаза. Но его можно рассмотреть на фото полярных сияний.
3. Стив. Уникальное явление, зарегистрированное в 2017 году в Канаде. Полосу ярко-фиолетового цвета вызвал поток горячего газа при температуре около 3000° С. Ненаучное название дал явлению первооткрыватель Крис Ратцлафф, вдохновившись мультфильмом «Лесная братва». Позже в НАСА Элизабет МакДоналд придумала для термина подходящую расшифровку – сильное повышение скорости теплового излучения. В оригинале аббревиатура фразы выглядит как STEVE.

В зависимости от того, с какими элементами сталкиваются заряженные частицы, вызывается различные цвета. Так кислород светится в красном спектре. Азот – зеленовато фиолетовый. Также на Земле наблюдаются голубые и очень редкие белые полярные сияния. 

Свечение в красном спектре

По форме единой развернутой классификации у сияний нет. Обычно выделяют пятна, дуги, короны, занавеси и драпри (выглядит, как рябь на воде). Ученые упрощают многообразие аврор всего до 2 разновидностей: диффузных и точечных.

Диффузное

Это размытые однородные пятна в небе. Подобное свечение спокойное, неяркое. Оно может оставаться в небе достаточно долго, вплоть до нескольких часов. Но его не всегда заметно даже в темную ночь. Иногда помогает только фотокамера с высокой светочувствительностью.

Диффузное сияние

Точечное, дискретное северное сияние

Это все яркие лучистые структуры на небе. Обычно они распространяются по магнитным линиям. Дискретные авроры недолговечны. Иногда они существуют не дольше нескольких секунд. 

Точечное северное сияние

Почему полярное сияние происходит

После того, как считается, что сияние предсказания судьбы ученые доказали, что полярное  сияние являются удивительно общее явление. Это когда электроны и протоны ускоряются вниз к линиям магнитного поля земли и сталкиваются с нейтральными атомами в верхних слоях атмосферы – обычно около 100 км над землей.

Эти столкновения вызывают нейтральные атомы флуоресцировать, испускать свет на многих различных длинах волн. Наиболее общих Аврора цветов — красный и зеленый, вызванный флуоресценцией атомов кислорода, в то время как атомы азота может бросить голубовато-лиловый цвет огней в смеси.

В периоды особенно высокой солнечной активности, солнце может выбросить большие двоичных объекты плазмы, под названием «корональные выбросы массы» — большой взрыв материала и Солнечный ветер, который может достигать скорости до 2000 км в секунду. Когда этот материал достигает земли, большинство из них отклоняются под магнитным полем планеты. Но в процессе, огромное количество энергии передаются нашему магнитному полю, создавая интенсивные геомагнитные бури, которые могут длиться два или три дня – и производить ошеломляющей красоты южные и северные сияния  последовательно несколько ночей.

Яркие полярные сияния сосредоточены в кольцо – «авроральный овал» – сосредоточен на магнитный полюс Земли. Это кольцо света обычно находится выше антарктических и субантарктических широт, но увеличивается и расширяется к экватору воспитанников во время геомагнитной бури. Это объясняет, почему лучше всего рассматривать  Южное полярное сияние и Северное полярное сияние  обычно низко к горизонту.

Если посмотреть из космоса можно увидеть кольцо сияния, охватывающих около 4000 км вокруг обоих полюсов. Это авроральной зоны охватывает Центральную и Северную Аляску и Канаду, Гренландию, Северную Скандинавию и Россию в Северном полушарии, и Антарктида в Южном полушарии. На южное полярное сияние  видно из Южной Австралии, Новой Зеландии и Чили.

Иногда высокий уровень солнечной активности может привести к  сильным порывам солнечного ветра который взаимодействуют с магнитосферой Земли, вызывая магнитные бури. Это может расширить области вокруг полюсов, где авроральную активность можно наблюдать, увеличивая шансы увидеть полярные сияния в низких широтах.

Когда лучшее время, чтобы увидеть сияние

Во время авроральной активностиполярные сияния могут возникать в течение всего года, днем и ночью.  Лучшее время, чтобы смотретьночью в зимние месяцы. Это происходит потому, что зимой, территории вокруг Северного и Южного полюсов имеют более длительные периоды темноты.

Наиболее подходящее время для наблюдений

По большей части это достаточно случайный процесс. Иногда аврору можно ждать по несколько суток и даже недель в зависимости от региона.

Но для повышения шансов, можно ориентироваться на цикличность процессов:

1. Суточный. Чаще всего зрители наблюдают авроры в период с 21 часов вечера до 2 часов ночи по местному времени. 
2. Сезонный. Сияния появляются чаще в период весеннего (20 марта) и осеннего (22-23 сентября) равноденствия, а также в течение 27 суток до и после. Поэтому на «охоту» за авророй лучше отправляться весной или осенью. 
3. Солнечный. У нашей звезды существует 11-летний пик активности. В 2019-2020 годах Солнце прошло через минимум активности и вступило в новую фазу. Ее пик, а значит и наиболее яркие виды полярных сияний, предсказываются на лето-осень 2025 года.

Северное сияние в Исландии

Нередко полярные свечения становятся незаметными из-за искусственного освещения городов, высокой облачности. Поэтому наблюдать их лучше на природе и только в ясную погоду.

Северное сияние: легенды и мифы

Не зная, что такое полярное сияние, разные народы издавна приписывали ему мистическое, сверхъестественное происхождение. К примеру, некоторые народы, проживающие на территории Крайнего Севера, и до сегодняшнего дня верят в то, что это так радуются боги. Некоторые же наоборот, считали, что северное сияние – это предвестник беды.

В норвежской мифологии присутствуют повествования о том, что существует некий радужный мост, по которому боги сходят на землю. В определенный период времени он становится видимым для людей. Другие мифы рассказывают о том, что сияние исходит из рук валькирий. От их доспехов образуются самые причудливые линии и узоры.

Древняя финская мифология рассказывает о реке Ружу. Когда она горит, на небе появляется причудливое сияние. Оно разделяет мир живых и мертвых. Существуют легенды, в которых полярные огни называются «лисьими». Они рассказывают о лисе, которая взмахом хвоста разметала в небесах звездную пыль и поднимала яркие вспышки света.

Эскимосы и до сегодняшнего дня верят, что полярное сияние можно вызвать. Для этого следует всего лишь посвистеть. «Убрать» же небесный огонь можно хлопком в ладоши.

Эскимосы Аляски опасались появления сияния, так как оно, по их мнению, приносит только одни беды и несчастья. Перед тем, как выйти на улицу, следовало взять с собой оружие. Если же долго наблюдать за свечением, то можно вызвать помешательство и даже душевную болезнь. Северные жители верили в то, что во время сияний души умерших предков открывают окна своих жилищ в поисках новых жителей.

Полярное сияние – это интереснейшее явление в природе, завораживающее своей невероятной красотой. Это единственное заметное для невооруженного глаза действие солнечной радиации на земную атмосферу и на околоземное пространство. Исследования полярных сияний помогут поглубже узнать особенности магнитосферы Земли, будущее магнитных полюсов и узнать, как будут в будущем изменяться силовые линии земного магнитного поля.

Как появляется полярное сияние

Северное сияние образуется излучением фотонов в верхних областях земной атмосферы, на высоте 80 км и выше. Под воздействием ионов, протонов, электронов молекулы и атомы газов (главным образом азота и кислорода) переходят в измененное состояние. Когда же атом либо молекула возвращаются в основное состояние, происходит излучение кванта света. Разные атомы дают различный свет при переходе в возбужденное или обычное состояние. Так, кислород светится зеленым или багровым цветом, азот – синим или красным.

Под воздействием ряда факторов ширина свечения может составлять 160 км. Длина же сияния может превышать полторы тысячи километров.

Значение кислорода для образования полярного сияния

Кислород может переходить из возбужденного в основное состояние всего за 0,75 сек. Этот газ излучает зеленый цвет в течение двух минут, после чего оттенок изменяется на красный. При столкновении с другими атомами происходит поглощение энергии, в результате чего свечение прекращается.

В верхних слоях атмосферы количество кислорода меньше, чем у поверхности. Поэтому описанные столкновения редки. Этим объясняется появление красивого красного излучения.

По мере уменьшения высоты плотность воздуха увеличивается. Учащение столкновений между атомами способствует прекращению красного свечения атмосферы. Ближе к поверхности прекращают образовываться и зеленые лучи.

Роль солнечного ветра и магнитного поля

Земля все время взаимодействует с солнечным ветром – потоком электронов и положительно заряженных ионов. Эти частицы испускаются Солнцем во всех направлениях. Скорость их движения – примерно 400 километров в секунду, напряжение магнитного поля – от 2 до 5 нанотесла, а плотность ионов – примерно 5 на кубический сантиметр.

Во время магнитных возмущений потоки заряженных частиц значительно усиливаются. Из-за этого многократно усиливается напряженность межпланетного поля.

Под влиянием заряженных частиц и магнитного поля Земли формируется земная магнитосфера. Она отклоняет эти потоки примерно на 70 тыс. км. Ширина магнитосферы составляет около 190 тыс. км. На ночной стороне шлейф распространяется на большее расстояние, превышающее 200 земных радиусов (более 1,2 млн км).

Плазменный поток в магнитосфере увеличивается с ростом плотности и турбулентности солнечного ветра. Магнитосферные потоки плазмы сталкиваются с магнитным полем нашей планеты перпендикулярно. Отдельные плазменные потоки движутся вдоль линий магнитного поля и постепенно теряют энергию. Это и способствует свечению атмосферы.

Как образуются полярные сияния

Влияние активности Солнца

Связь между северным сиянием и активностью Солнца была замечена еще в 80-х гг. 19 века. Дальнейшие исследования показали, что заряженные частицы солнечного ветра перехватываются земной магнитосферой, сталкиваются с молекулами газов.

Температура солнечной короны достигает нескольких миллионов градусов. При этом происходят разнообразные столкновения между ионами. Свободные заряженные частицы на большой скорости вырываются из и улетучиваются. В пространстве около Земли эти частицы отклоняются магнитным полем.

Земное магнитное поле наиболее слабо на полюсах и в околополярной зоне. Из-за этого заряженные частицы проникают в атмосферу и сталкиваются именно в высоких широтах. Столкновения способствуют образованию квантов света, которые мы и видим, как полярное сияние.

От чего зависит цвет полярного сияния

Цвет полярного сияния зависит от газов, участвующих в столкновении, и от высоты, на которой оно происходит. Наиболее зеркальные полярные сияния возникают, когда частицы солнечного ветра притягиваются к Земле с большой силой, а световые столкновения происходят чаще и интенсивнее. Столкновения, производящие свет, не так уж и отличаются от тех, которые создают цвет и свет в неоновых огнях, экранах телевизоров и компьютерных мониторах.

Цвет, преобладающий в полярных сияниях, бледно-зеленый, получается при столкновении электронов солнечного ветра с атомами кислорода ниже 400 км. При сильном столкновении с электронами низкой энергии иногда возникает красное свечение на верхних краях зеленой завесы. Молекулы азота, подвергшиеся бомбардировке на более низкой высоте в ионосфере, также излучают красный свет, но у немногих частиц солнечного ветра есть энергия, чтобы достичь их, поэтому красный цвет встречается довольно редко и чаще всего возникает при наличии потоков солнечного ветра. Красные сияния очень редки. Считается, что идеально сформированные они возникают только один раз в 10 лет.

Бомбардированные заряженные частицы азота наверху и ионосфера излучают фиолетовый или розовый свет, но этот свет обычно тусклый, чтобы увидеть. Синий цвет возникает при столкновении с молекулами водорода.

Кокл Крик, Тасмания

Aurora Australis in Tasmania

Остров Тасмания, расположенный примерно в 316 милях к югу от Мельбурна, является единственным местом в мире, где вы можете увидеть сияние круглый год. Из-за его широты и более умеренного дневного света и сезонных изменений, чем в других южных местах, где можно наблюдать за звездами, это один из самых уникальных регионов темного неба на земле, и он идеально подходит для наблюдения северного сияния независимо от времени года, которое вы посещаете.

Тем не менее, просто быть в Тасмании недостаточно. Вы все еще должны найти правильную точку зрения. Как самая южная точка Тасмании, а следовательно, и Австралии, Кокл-Крик является идеальным местом для просмотра. Всего в двух часах езды от столицы Хобарта вы не найдете ни магазинов, ни ресторанов в Кокл-Крик, но вы найдете палаточный лагерь, потрясающий национальный парк и по-настоящему темное небо. И если вам не хочется возвращаться в Хобарт в 2 часа ночи, в близлежащем заливе Ида есть удобные номера.

Сенсорная коробка «Северный полюс»

Одно дело посмотреть картинки и послушать то, что вы рассказываете о Северном полюсе, и совсем другое – потрогать руками. Для этой цели как нельзя лучше подойдет сенсорная коробка, которая плюс ко всему предоставляет еще и огромный простор для сюжетно-ролевых игр.

Немного о том, из чего сделать сенсорную коробку. Со снегом в нашей Арктике я не стала слишком мудрить, и воспользовалась одним из самых простых вариантов – рисом. Сверху положила немного ватных шариков, получилось что-то вроде сугробов. Ледяными глыбами также могут стать кусочки сахара-рафинада.

Из чего еще можно сделать снег? Хорошо подойдут манка, крупная соль, вата, настоящий снег с улицы, покрошенный пенопласт и даже пена для бритья.

Чтобы сделать Северно-ледовитый океан, в воду я добавила немного синей гуаши и желатин, получилось такое голубое желе с рыбами. После застывания желе сверху на него можно положить ватные диски – это льдины. Конечно, для сохранности желе после игры такой океан необходимо убирать в холодильник, но в этом есть и большой плюс – вовремя игры океан всегда холодный, что полностью соответствует его северно-ледовитости

Океан также можно сделать из гидрогеля или из обыкновенной воды. Но с водой вариант, пожалуй, самый неудобный, вода будет все время расплескиваться, увлажняя снег и все окружающее пространство.

Для создания атмосферы отлично подойдут различные тематические комплекты, вроде этого.

В наших играх белый медведь охотился за рыбой, нападал на тюленя, обустраивал себе берлогу,

приплывшие на ледоколе ученые-полярники пытались познакомиться с местными эскимосами и пофотографировать животных,

чукча катался на олене и пытался подружиться с эскимосами и т.д.

Цвета полярного сияния, что напоминают

Цвета полярного сияния.

Чаще всего полярные сияния представляют собой нечеткие завесы зеленого света, появляющиеся в отдельных частях неба. Иногда выглядят как световые круги с полосами красного, белого и зеленого света и даже желтого, синего или пурпурного света, заполняющими все небо.

Эффектные зарницы включают в себя вертикальные полосы света, которые напоминают поисковые световые лучи и звездообразные короны, сделанные из пересекающихся лучей. Световые сполохи часто похожи на изогнутые листы света, которые движутся, как колышущийся занавес, и языки пламени, поднимающиеся вверх. Огни также выглядели как дуги, нити, пятна, спирали и вуали, которые могут пульсировать, мерцать или взрываться.

Некоторые люди утверждают, что могут слышать северное сияние.Статья: Звуки полярного сияния

FAQ

1. Из-за чего происходит полярное сияние? Из-за столкновения частиц земной атмосферы и солнечного ветра, захваченного магнитным полем Земли.
2. Какого цвета могут быть всполохи? Чаще всего встречается зеленый цвет, однако бывают всполохи красного, фиолетового, синего оттенков. Цвет переливов зависит от химического состава атмосферы и высоты.
3. Как правильно фотографировать это красивое явление? Фотографировать иллюминацию нужно со штативом. Фотокамера — по возможности профессиональная, со светосильным зумовым объективом. Хорошо иметь пульт для автоспуска. Снимать лучше на длинной выдержке (20-30 сек.) и с минимальным ISO.
4. В какое время года можно увидеть Аврору? Лучшее время для наблюдений — с сентября по март. Чем выше широта, тем шире период наблюдений.
5. Сколько длится полярное сияние? От нескольких десятков минут до нескольких суток.
6.  Издает ли северное сияние какие-то звуки? Издает, но услышать их можно лишь в совершенно безлюдных местах, и то не всегда. Звуки похожи на легкие хлопки и электрические потрескивания.
7. Бывает ли, что Аврору видят в южных регионах? Крайне редко, но такое случается. Например, во время сильной солнечной бури цветные всполохи в небе наблюдались на Кубе и в американском штате Луизиана.
8. Где проще всего увидеть Аврору в России? В Мурманске. Путь на самолете от Москвы займет всего 2,5 часа, а от самого Мурманска далеко уезжать не придется — Аврору можно увидеть в 10-15 км от города.
9. Можно ли увидеть небесное свечение днем? Нет, днем его увидеть нельзя. Однако возникает это явление в любое время суток — просто люди не способны его увидеть из-за солнечного света.
10. Бывает ли сияние на Южном полюсе? Бывает так же часто, как и на Северном полюсе. Правда, там его увидеть сложнее из-за труднодоступности региона.
11. Есть ли такое явление на других планетах? Есть. Свечение атмосферных частиц было обнаружено на Сатурне, Юпитере, Уране, Нептуне.
12.  Кто из ученых открыл природу полярного сияния? Ученые интересовались этим явлением давно, еще в античные времена. Однако первым, кто связал его природу с электричеством, был Михаил Ломоносов.

1. Прогноз северного сияния
2. Где увидеть северное сияние на земле?
3. Где увидеть северное сияние в России?
4. Северное сияние в Мурманске: инструкция для туриста
5. Как снимать северное сияние

Как появляется полярное сияние

Северное сияние образуется излучением фотонов в верхних областях земной атмосферы, на высоте 80 км и выше. Под воздействием ионов, протонов, электронов молекулы и атомы газов (главным образом азота и кислорода) переходят в измененное состояние. Когда же атом либо молекула возвращаются в основное состояние, происходит излучение кванта света. Разные атомы дают различный свет при переходе в возбужденное или обычное состояние. Так, кислород светится зеленым или багровым цветом, азот – синим или красным.

Под воздействием ряда факторов ширина свечения может составлять 160 км. Длина же сияния может превышать полторы тысячи километров.

Значение кислорода для образования полярного сияния

Кислород может переходить из возбужденного в основное состояние всего за 0,75 сек. Этот газ излучает зеленый цвет в течение двух минут, после чего оттенок изменяется на красный. При столкновении с другими атомами происходит поглощение энергии, в результате чего свечение прекращается.

В верхних слоях атмосферы количество кислорода меньше, чем у поверхности. Поэтому описанные столкновения редки. Этим объясняется появление красивого красного излучения.

По мере уменьшения высоты плотность воздуха увеличивается. Учащение столкновений между атомами способствует прекращению красного свечения атмосферы. Ближе к поверхности прекращают образовываться и зеленые лучи.

Роль солнечного ветра и магнитного поля

Земля все время взаимодействует с солнечным ветром – потоком электронов и положительно заряженных ионов. Эти частицы испускаются Солнцем во всех направлениях. Скорость их движения – примерно 400 километров в секунду, напряжение магнитного поля – от 2 до 5 нанотесла, а плотность ионов – примерно 5 на кубический сантиметр.

Во время магнитных возмущений потоки заряженных частиц значительно усиливаются. Из-за этого многократно усиливается напряженность межпланетного поля.

Под влиянием заряженных частиц и магнитного поля Земли формируется земная магнитосфера. Она отклоняет эти потоки примерно на 70 тыс. км. Ширина магнитосферы составляет около 190 тыс. км. На ночной стороне шлейф распространяется на большее расстояние, превышающее 200 земных радиусов (более 1,2 млн км).

Плазменный поток в магнитосфере увеличивается с ростом плотности и турбулентности солнечного ветра. Магнитосферные потоки плазмы сталкиваются с магнитным полем нашей планеты перпендикулярно. Отдельные плазменные потоки движутся вдоль линий магнитного поля и постепенно теряют энергию. Это и способствует свечению атмосферы.

Влияние активности Солнца

Связь между северным сиянием и активностью Солнца была замечена еще в 80-х гг. 19 века. Дальнейшие исследования показали, что заряженные частицы солнечного ветра перехватываются земной магнитосферой, сталкиваются с молекулами газов.

Температура солнечной короны достигает нескольких миллионов градусов. При этом происходят разнообразные столкновения между ионами. Свободные заряженные частицы на большой скорости вырываются из атмосферы Солнца и улетучиваются. В пространстве около Земли эти частицы отклоняются магнитным полем.

Земное магнитное поле наиболее слабо на полюсах и в околополярной зоне. Из-за этого заряженные частицы проникают в атмосферу и сталкиваются именно в высоких широтах. Столкновения способствуют образованию квантов света, которые мы и видим, как полярное сияние.