Северное (полярное) сияние

Спектр и цвет полярных сияний

Игорь Кибальчич ()
Опубликовано: 02-11-2019

Сезон наблюдения за полярными сияниями сейчас в самом разгаре, но мало кто задумывается над тем, почему они имеют разные оттенки и с чем это связано. Давайте разберёмся.

Цвет сияния возникает из-за того, что частицы солнечного ветра, попадая в земную атмосферу, ударяют по молекулам и атомам нашего воздуха. Как известно, воздух состоит из азота и кислорода (примесями других газов, таких как аргон, водород и гелий можно пренебречь, поскольку их содержание суммарно составляет менее 1%). Эти молекулы возбуждаются и потом довольно быстро (секунды) отдают энергию возбуждения в виде излучения строго определенной длины волны (полоски в спектре, строго определенного цвета), см. рис 1. Из этой схемы видно, что большая часть свечения приходится на красный, зелёный и фиолетовый. Это зависит от того, на какой высоте происходит взаимодействие солнечного ветра с частицами воздуха, а также от химического состава (молекула или атом). Поэтому можно все цветовые структуры классифицировать в следующем порядке:

Зелёный – свечение атомарного кислорода на высотах 80 -150 км (на длине волны 557,7 нм) и в меньшей степени — молекулярного азота (на длине волны 522,8 нм);

Красный – свечение молекулярного азота, а также атомарного кислорода на высотах 150 – 400 км на длинах волн 630 и 636,4 нм) и даже небольшая доля атомарного водорода;

Жёлтый – комбинация зелёного и красного излучений кислорода и (или) ионизация кислорода;

Синий – излучение атомарного азота на высотах 140 — 160 км (встречается редко)

Фиолетовый – излучение молекулярного азота (на длине волны 427,8 нм) на высотах обычно ниже 120 км

Розовый / бледно-малиновый – результат смешивания красного и зеленого цветов.

Поскольку красное свечение формируется на значительной высоте, то это объясняет то, что в случае появления сияний на низких широтах (при сильных геомагнитных бурях), наблюдатель видит только красноватое свечение (к примеру это наиболее распространённый цвет при наблюдениях в Австралии и Новой Зеландии). И наоборот – в приполярных регионах и в зоне аврорального круга чаще всего заметны именно зелёные и фиолетовые оттенки, поскольку они сияют практически над головой наблюдателя.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 2: Схематичное объяснение природы разных цветов сияний в зависимости от высоты сияния.

Рисунок 3

Рисунок 4

Фото 1: На данном снимке отлично видно распределение цветов северного сияния: красный сверху, а зеленый снизу.

Фото 2

Фото 2: Полярное сияние из космоса (с борта МКС). Также видно распределение цветов по высотам.

Донаучные представления о северном сиянии

Первоначальные представления о происхождении северного сияния были далеки от научных. Увиденное толковали по-разному, находя объяснение в мистических и сверхъестественных силах, что послужило толчком к появлению различных мифов и легенд. Значительно позже, когда наука смогла объяснить многое происходящее на Земле, о северном сиянии стали говорить как о природном явлении.

Предания и легенды

Среди северных народностей ранее из уст в уста передавалась история, связанная с причиной появления огней на небе. В ней рассказывалось о старике, который охранял оленье стадо в тундре и подвергся нападению волка. Собака Айя, бывшая вместе с ним, самоотверженно бросилась защищать хозяина. Схватка длилась долго, стемнело, и старик в темноте не смог найти ее. Домой он вернулся один. Внук, ожидавший их, горько расплакался, узнав о потере друга. В этот момент к нему подлетел сокол и попросил дать ему в клюв горящую ветку. Взмыв над снегами, он, летая по кругу, освещал окрестности, чтобы старик смог найти собаку. На темном ночном небе оставался огненный след от горящей ветки и мрак отступал. Собаку нашли и с тех пор над бескрайней тундрой зажигаются небесные огни, освещая дорогу тем, кто вершит добрые дела.

Верования эскимосов и норвежцев

Эскимосы, сталкиваясь с необъяснимым свечением на небе, связывали его с духами, которые ради развлечения гоняли по небосводу череп моржа. На темном небе от его полета оставался светящийся след. Встречу с духами они считали опасной и никогда не отходили от жилища, не взяв с собой оружия. Уходя в тундру, верили, что могут остановить свечение, хлопнув в ладоши, а громкий свист, наоборот, призовет огни.

Древние норвежцы считали разноцветное сияние мостом, соединяющим земной мир и мир богов. Пользоваться им могут только божественные создания, а смертному подняться по нему не суждено. По другим сказаниям огни на небе – это отблески от сияющих доспехов девушек-воительниц, которые забирают себе души самых сильных и отважных воинов.

У финнов сияние тоже отождествлялось с божественными силами – так боги, как они считали, сообщали им, что дела их правые и племя на верном пути. Так же они полагали, что сияние небес обещает хорошую погоду и богатый урожай.

Страны, в которых можно увидеть северное сияние

Солнечное (полярное) сияние можно наблюдать в нескольких странах. Ученые сделали выводы, что на Северном полюсе свечение появляется реже, чем на Южном. Однако туда не только сложнее добраться, но и остановиться практически негде.

Поэтому стоит рассматривать более доступные места. Например, Якутия, Воркута, Норильск, Нарьян-Мар, Красноярский край – Таймырский заповедник, Ямал. Во многих странах для туристов оборудованы гостиницы, смотровые площадки, есть даже небольшие поселки.

Мурманская область (Россия)

Чаще всего туристы едут в Мурманскую область. Добраться туда можно всего да 2 часа самолетом из Москвы. В Мурманске северное сияние преимущественно яркого зеленоватого оттенка, очень редко – красного.

Сильных морозов там нет. Северное сияние начинает появляться с начала осени. Наблюдать природное явление советуют из поселка Териберка. Любители экстрима могут отправиться в Хибинские горы, но зимой там мало открытых баз отдыха и может не остаться мест.

Архангельск (Россия)

Там много ясных дней и северное сияние в Архангельске видно почти из любой точки. Но если хочется получить хорошие кадры, то советуют уехать из города. Из-за светового загрязнения четкость на снимках будет плохой. Для съемки лучше найти место на берегу Северной Двины. Всполохи расцвечивают небо в период сентябрь-апрель.

Карелия (Россия)

В Карелии увидеть северное сияние можно с сентября, но только если в это время высокая солнечная активность. Искать всполохи света лучше дальше от городов. Хорошие кадры получаются в деревне Нильмогуба. Она находится на побережье Белого моря, далеко от других населенных мест.

Коми (Россия)

Там северное сияние можно наблюдать везде, несмотря на то, что явление редкое. Иногда всполохи видно даже в Сыктывкаре. Но чтобы увидеть действительно зрелищное представление, то нужно уехать дальше. Наиболее удачным местом считаются окрестности Воркуты.

Где можно увидеть северное сияние – Финляндия

В Финляндии рекомендуют посетить Кильписъярви. Из четырех ночей в три стабильно появляется северное сияние. В Соданкюля явление радует жителей раз в два дня. В 20 веке там был построен городок «Астрополис» для наблюдения и изучения полярного сияния.

В стране оборудовано несколько специальных залов, в которых природное явление воспроизводится искусственно. Иллюзия настолько полная, что даже не нужно никуда ездить, чтобы полюбоваться на игру частиц света. Если все же хочется натурального зрелища, тогда нужно отправиться в деревню Неллим или на курорты Какслауттанен, горнолыжный Луосто. Примерная цена за ночь – 150 евро.

Норвегия

В Норвегии посмотреть на северное сияние можно в городке Алту. Рядом с ним находится гора Хальде, на которой работает обсерватория. Ее построили в 19 в., но пока она закрыта.

Однако смотровая площадка там открыта и самые настойчивые добираются туда. Правда, для этого нужно 4 часа взбираться на гору. Однако и результат будет более впечатляющий, чем смотреть на сияние от подножья.

Рядом с Алту находится отель с домиками-иглу. Но лучшими местами считают Лофотенские острова и город Тромсе, расположенный в 350 км за Полярным кругом. Наблюдать северное сияние приезжают с октября по март. Киркенес – небольшой городок рядом с российской границей. Он находится в эпицентре всполохов.

Исландия

Местные жители рекомендуют отправиться на маяк Grótta. В этом месте минимальное световое загрязнение. Скрасить ожидание северного сияния поможет геотермальный бассейн, находящийся рядом. Некоторые заказывают спец-туры. Если выбрать из Рейкьявика на автобусе – поездка обойдется примерно в 50 евро, индивидуальная программа на джипах – до 2000 евро.

На окраине парка Ватнайекюдль, рядом с ледником расположена небольшая деревня Каулваведль. Северное сияние очень красочно смотрится на фоне черного неба. Там находится отель с панорамными видами из окон. Это позволяет любоваться полярным сиянием в комфорте и тепле. Наблюдать за всполохами нужно с декабря по февраль.

Швеция

В Швеции за северным сиянием нужно ехать в деревню Абиску и Бьорклиден. В первой работает центр Aurora Sky Station (находится на берегу озера). Это считается лучшим местом для наблюдения за северным сиянием. Добраться до Абиску можно самолетом до Кируны, а оттуда – оформить трансфер.

Канада

В этой стране очень низкий уровень светового загрязнения. Поэтому увеличиваются шансы увидеть северное сияние. С августа по апрель туристы приезжают за зрелищем в Йеллоунайф. Там есть отель, где можно остановиться.

Аляска

Рекомендуют наблюдать сияние в городе Фэрбанкс. Либо оформить специальный тур в парк Денали. Северное сияние на Аляске активно в период август-май, с 22.00 до 3.00. Согреваться помогают горячие источники, отели.

Звуки, генерируемые сияниями

Иногда полярное сияние может генерировать звуки, похожие на хлопки, треск. В течение продолжительного времени ученые ставили под сомнение реалистичность таких звуков: их было трудно зафиксировать и описать с точки зрения науки. Тем не менее, финским исследователям удалось записать звуки, издаваемые северными сияниями.

Астрономы также утверждают, что звуки образуются на высоте примерно 70 метров над поверхностью Земли. Они формируются в результате взаимодействия ионов и электронов с атомами атмосферных газов.

Астрономы, работающие в Университете Аляски и изучающие полярные сияния, отмечают, что звуки от полярных сияний чрезвычайно редки. Очень малому количеству людей когда-либо удавалось их услышать. Такие звуки могут появляться только в годы наиболее высокой солнечной активности. Для наблюдения за ними нужно, чтобы ночь была ясной и безветренной, а вблизи не было бы источников шума.

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.

Как образуется полярное сияние

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.

Действие Солнечного ветра на магнитосферу Земли

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.

Как формируется северное сияние?

Мы уже поняли роль солнечного ветра и магнитного поля Земли. Теперь пора понять, почему именно образовалось это удивительное явление. Как мы видели, магнитосфера образована воздействием солнечных ветров на магнитное поле Земли.. В этом смысле это слой, который защищает нас от солнечной радиации.

Но некоторые из этих солнечных ветров скользят по силовым линиям магнитного поля и достигают полюсов. Другими словами, энергетически и электрически заряженные частицы Солнца направляются магнитным полем к полюсам Земли. Солнечная радиация течет через магнитосферу, как если бы это была река.

Эти частицы солнечного излучения задерживаются на полюсах, и с этого момента начинается физический процесс, объясняющий появление северного сияния. Если у этих частиц достаточно энергии, они могут проходить через магнитосферу и достигать термосферы, которая простирается от 85 км до 690 км. Северное сияние происходит в этой термосфере., которая также известна как ионосфера.

Чтобы узнать больше: «6 слоев атмосферы (и их свойства)»

Когда это происходит, газы в термосфере, которые в основном состоят из азота и кислорода, поглощают излучение. Частицы солнечного излучения сталкиваются с атомами газа в термосфере, которые находятся на самом низком уровне энергии. Солнечный ветер, преодолевший магнитное поле Земли, возбуждает атомы азота и кислорода, заставляя их получить электрон.

За короткое время (мы говорим о одной миллионной доли секунды) рассматриваемый атом должен вернуться на свой самый низкий энергетический уровень, высвободив, таким образом, электрон, который они получили. Эта потеря возбуждения означает, что они высвобождают энергию. И они это делают. Они возвращают энергию, полученную при столкновении электрически заряженных частиц, в виде света.. И тогда у нас есть северное сияние.

Следовательно, северное сияние образуется, когда атомы газов, присутствующих в термосфере, сталкиваются с электрически заряженными частицами солнечного ветра, прошедшими через магнитосферу. Когда происходит это столкновение с газообразными атомами, эти атомы получают электрон от солнечных частиц, что заставляет их на мгновение возбуждаться и очень быстро возвращать эту ранее полученную энергию в виде света.

Формы, наблюдаемые в ночном небе, возникают в результате ионизации азота и кислорода., которые излучают свет при электрическом возбуждении. Поскольку полярные сияния происходят в термосфере, их высота всегда составляет от 85 до 690 км.

Но почему у них такой цвет? Это происходит, опять же, из-за газового состава термосферы и газов, с которыми взаимодействуют солнечные ветры. Каждый газ, возвращаясь к своему самому низкому энергетическому уровню, излучает энергию в определенной полосе видимого электромагнитного спектра.

Чтобы узнать больше: «Откуда цвет предметов?»

Кислород излучает свет с длиной волны около 577 нанометров.. Если мы посмотрим на электромагнитный спектр, эта длина волны соответствует зеленому цвету. Это причина того, что зеленоватый цвет наиболее часто встречается в полярных сияниях. И это обычное дело, потому что большая часть ионизации происходит на высоте 100 км, где кислород является основным газом.

Теперь, если ионизация происходит в более высоких слоях, состав атмосферы будет другим, поэтому длины волн, излучаемых атомами, также будут разными. На высоте 320 км и до тех пор, пока излучение очень сильное, кислород может излучать свет в диапазоне длин волн 630 нанометров, который соответствует красному цвету. Следовательно, красноватые цвета в полярных сияниях возможны, но реже.

Параллельно азот, теряя электрическое возбуждение, излучает свет с более короткой длиной волны, чем кислород. По факту, энергия, выделяемая атомами азота, имеет длину волны от 500 до 400 нанометров., что соответствует розоватому, пурпурному и реже голубоватому цветам.

Таким образом, северное сияние появляется из-за ионизации атомов газов в термосфере из-за столкновения с солнечными частицами, а затем возвращается на более низкий уровень энергии, что вызывает излучение света с определенной длиной волны в зависимости от газ, с которым он взаимодействует. Полярные сияния — удивительные явления, которые, как мы видим, представляют собой чистую физику.

Цвета северного сияния. Что вызывает цвета северного сияния? — 2020

Table of Contents:

Аврора — это название полос цветных огней, видимых на небе в более высоких широтах. Северное сияние или северное сияние видно в основном вблизи полярного круга. Северное сияние или южное сияние можно увидеть в южном полушарии. Свет, который вы видите, исходит от фотонов, выделяемых кислородом и азотом в верхних слоях атмосферы. Энергичные частицы солнечного ветра ударяются о слой атмосферы, называемый ионосферой, ионизируя атомы и молекулы.

Когда ионы возвращаются в основное состояние, энергия, выделяемая в виде света, создает сияние. Каждый элемент высвобождает определенные длины волн, поэтому цвета, которые вы видите, зависят от типа возбужденного атома, сколько энергии он получил и как длины волн света смешиваются друг с другом. Рассеянный свет от солнца и луны также может повлиять на цвета.

Аврора Цветная — сверху донизу

Вы можете видеть сплошное сияние, но через полосы можно получить эффект радуги. Рассеянный от солнца свет может придать фиолетовый или фиолетовый цвет верхушке сияния. Далее может быть красный свет поверх зеленой или желто-зеленой полосы. Там может быть синий с зеленым или под ним. Основание полярных сияний может быть розовым.

Сплошное цветное сияние

Сплошные зеленые и сплошные красные полярные сияния были замечены. Зеленый цвет распространен в верхних широтах, а красный — редко. С другой стороны, полярные сияния, наблюдаемые с более низких широт, как правило, красные.

Элемент Цвета эмиссии

кислород

Большой игрок в сиянии — кислород. Кислород отвечает за яркий зеленый (длина волны 557,7 нм), а также за глубокий коричневато-красный (длина волны 630,0 нм). Чистые зеленые и зеленовато-желтые полярные сияния возникают в результате возбуждения кислородом.

азот

Азот излучает синий (несколько длин волн) и красный свет.

Другие газы

Другие газы в атмосфере возбуждаются и излучают свет, хотя длины волн могут быть вне диапазона человеческого зрения или слишком слабыми, чтобы их можно было увидеть. Водород и гелий, например, выделяют синий и фиолетовый. Хотя наши глаза не могут видеть все эти цвета, фотопленка и цифровые камеры часто записывают более широкий диапазон оттенков.

Полярное сияние по высоте

выше 150 миль — красный — кислород до 150 миль — зеленый — кислород выше 60 миль — фиолетовый или фиолетовый — азот до 60 миль — синий — азот

Черное Аврора?

Иногда в авроре встречаются черные полосы. Черная область может иметь структуру и блокировать звездный свет, поэтому кажется, что они имеют вещество. Черное сияние, скорее всего, является результатом электрических полей в верхних слоях атмосферы, которые препятствуют взаимодействию электронов с газами.

Аврора на других планетах

Земля — ​​не единственная планета с сиянием. Например, астрономы сфотографировали полярные сияния на Юпитере, Сатурне и Ио. Тем не менее, цвета сияния различны в разных мирах, потому что атмосфера отличается. Единственное требование к планете или луне, чтобы иметь сияние, — это наличие атмосферы, которая бомбардируется энергичными частицами.

Полярное сияние будет иметь овальную форму на обоих полюсах, если на планете есть магнитное поле. Планеты без магнитных полей все еще имеют полярное сияние, но оно будет неправильной формы.

Цвета северного сияния палитра. Пять самых странных полярных сияний

Вы когда-нибудь слышали о черном сиянии или пульсирующем , о зеленых « дюнах» — недавно обнаруженном полярном сиянии в виде не вертикальных , а горизонтальных зеленых полос света?

NASA Goddard Space Flight Center / Flickr

Исследователи полярного неба обнаружили новую жемчужину в короне прекрасного явления, называемого северным сиянием. Новое зрелище — редкое и слабое — получило название «дюны». В отличие от других сияний, похожих на светящиеся шторы, «дюны» выглядят как зеленые полосы, расположенные параллельно поверхности земли на высоте ста километров и указывающие на экватор.

«Полярные сияния подобны отпечаткам пальцев на небе, — говорит физик из Хельсинкского университета и соавтор исследования Минна Палмрот. — Полярные сияния, часто называемые северным сиянием или южным сиянием, появляются, когда электроны магнитосферы Земли, попадают в атмосферу и вызывают свечение кислорода и азота. Уникальность сияниям придают особенности происходящих взаимодействий частиц».

Ученые считают, что зеленые линии «дюн» отмечают гребни атмосферных волн, где наблюдается относительно высокая плотность молекулярного кислорода. Этот кислород во время бомбардировки электронами светится зеленым. Необычные полосы возникают из-за волнистости газа в атмосфере или атмосферных волн, гребни которых — это области с более высокой плотностью воздуха, где должно быть больше кислорода, благодаря которому появляется зеленый свет. Редкие волны, зажатые между слоями более холодного воздуха, могут растягиваться на большие расстояния без перемешивания и растворения. В результате однородной структуры появляются «дюны»:

Помимо «дюн» есть и другие странные полярные сияния, которые вошли в пятерку самых необычных из недавно обнаруженных. Вот еще четыре из них.

Пульсирующее сияние представляет собой мигающие участки неба протяженностью до нескольких сотен километров. Пульсацию сложно увидеть невооруженным глазом — только с помощью светочувствительных камер. Вызывает пульсирующее сияние некая рябь в магнитосфере Земли (волны хора), посылающая последовательные импульсы электронов в атмосферу. Чаще всего данный вид сияния наблюдается после полуночи и длится нескольких секунд.

Острие Авроры (Cusp aurora), в отличие от большинства известных сияний, наблюдается в полдень и далеко на севере во время полярной ночи. Норвежский архипелаг Шпицберген является одним из немногих мест, где можно его наблюдать. Около Северного и Южного полюсов линии магнитного поля изгибаются к земле, создавая «острые выступы» в магнитосфере, расположенные в форме воронки. Частицы солнечного ветра, которые попадают через получившиеся коридоры в атмосферу, создают тусклое красное свечение, возбуждая атомы кислорода на очень большой высоте, где они имеют свойство светиться красным.

Trond Abrahamsen / Andøya Space Center Процессы, благодаря которым появляется Острие Авроры (Cusp aurora)

Стив (STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement (Сильная тепловая эмиссия повышенной скорости)) появляется южнее, чем обычные полярные сияния, и выглядит как лиловый мазок, идущий с востока на запад. Иногда его сопровождают вертикальные зеленые полосы, называемые пикетным забором. Источник этой лиловой ленты до сих пор остается загадкой. Зеленые же полосы — это светящийся на небольшой высоте кислород.

NASA Goddard Space Flight Center / Flickr

Спектральный анализ света Стива показывает мешанину разных длин волн и для создания подобного спектра нужно нечто более сложное, чем атом. Но ученые пока не знают ни одной молекулы на высоте Стива, которая могла бы излучать наблюдаемый спектр.

Черное сияние — это своего рода анти-аврора, представляющая собой чернильные пятна среди яркого свечения авроральных лент. Его очень трудно различить на фоне ночного неба. Пока каскадные электроны создают яркие полярные сияния, другие электроны поднимаются выше, благодаря электрическим полям в атмосфере. Подъем происходит не настолько быстро, чтобы возбуждать азот и кислород, поэтому вместо сияния наблюдаются черные полосы внутри сияния. Проще говоря, это пути восходящих электронов, куда не проходит свет.

Ответы на наиболее распространенные вопросы

1. Что такое северное сияние? Это свечение верхних слоев атмосферы Земли, возникающее в результате соударения заряженных солнечных частиц и газов в атмосфере. А Северное потому, что происходит в Северном полушарии.
2. Почему происходит северное сияние? Потому что в процессе взаимодействия заряженных частиц и атомов кислорода и азота (основные компоненты атмосферы), последние переходят в возбужденное состояние испуская при этом кванты света. Также атомы излучают фотоны и при обратном переходе в основное состояние.
3. Когда бывает северное сияние? Во время сильных магнитных бурь, следите за космической погодой!
4. Как часто бывает северное сияние? Чаще всего они возникают на пике 11-летнего Солнечного цикла и в течении 2-3 после него.
5. Можно ли увидеть днем северное сияние? Нет, солнечный свет почти полностью забивает слабое свечение атмосферы.
6. Полярное сияние на разных полюсах идентично? Фактически да, оно повторяет форму, цвета и продолжительность, но ученые выявили что на разных полюсах оно, все же, имеет небольшие отличия.

7. Полярное сияние видно из космоса? Как раз из космоса его лучше всего наблюдать. С орбиты вы сможете увидеть так называемый авроральный овал, формирующийся у магнитных полюсов нашей планеты.

8. Где можно наблюдать северное сияние? В любых местах наиболее близко расположенных к Северному и Южному полюсу, чем ближе, тем оно ярче и выше будет располагаться над головой. В каких странах можно увидеть северное сияние: Исландия, Норвегия, Дания, Россия, Канада и на острове Гренландия. 
9. Где в России увидеть северное сияние можно в наилучших условиях? Если нет возможности поехать ближе к северному магнитному полюсу, то можно ограничится поездкой в Мурманск.
10. Почему полярное сияние называют северной авророй? Потому что аврора это и есть полярное сияние, а так как мы с вами живем в Северном полушарии, то для нас она северная аврора.
11. Бывает ли северное сияние летом? Да, оно происходит в любое время года и зависит от солнечных бурь.

Как образуется северное сияние?

Образование авроры связано с высвобождением частичек света в верхних участках атмосферы. Высота образования – около 80 километров над земной поверхностью. Сияние возникает из-за того, что мельчайшие частица азота и кислорода сталкиваются между собой, постепенно приобретая возбужденное состояние.

Возникновение северного сияния

Когда все успокаивается, электрон полностью восстанавливается, образуя световые кванты. Взаимодействие с разными атомами газов приводит к смене свечения на другой цвет.

Роль кислорода

Кислород – наиболее необычный элемент, ввиду его возвращения в исходное состояние, занимающее менее секунды. Излучение зеленого света длится не более двух минут, после появляется красный.

Интересно: Как образуются айсберги? Описание, фото и видео

Свечение кислорода

Сталкиваясь с другими атомами, происходит поглощение энергии и свет прекращает излучаться. Подобные столкновения случаются не так часто, потому что в тех участках атмосферы очень мало кислорода. Все чаще столкновения происходят по мере передвижения ближе к земле, поэтому красное свечение прекращается по мере приближения к земле, а зеленое и вовсе полностью исчезает возле поверхности.

Звуки, генерируемые северным сиянием

Временами на специальное оборудование можно зафиксировать звуки, издаваемые сиянием. Это разнообразные шумы вроде хлопков, треска и белого шума, они очень короткие и едва уловимые. Ученые долгое время не могли выявить существование звуков – они появлялись настолько редко, что можно было списать на неисправность аппаратуры.

Звук тяжело зафиксировать – авроры располагаются слишком далеко от земной поверхности. Исследователи финского университета доказали существование шумов, записав их. Звук появился на расстоянии в 70 метров над поверхностью из-за взаимодействия заряженных частиц и газов. Звуки крайне редкие, поэтому счастливчиков, что смогли их услышать, не так много. Образование шумов возможно только в высокую солнечную активность в безветренную погоду без прочих раздражителей.

Что влияет на яркость и оттенки северного сияния

Цвет атмосферного свечения зависит от молекул газа, сталкивающихся с частицами солнечного ветра.

1. Зеленый цвет возникает в результате излучения атомарного кислорода на высоте от 80 до 150 км, реже – молекул азота.
2. Красный цвет – это результат излучения молекул азота, атомов кислорода на высотах от 150 до 400 км, и в незначительной степени – атомов водорода.
3. Желтый оттенок появляется в результате процесса ионизации кислорода, а также комбинации красного и зеленого свечения.
4. Синий цвет является результатом излучения атомов азота на высотах от 140 до 160 км. Это явление встречается сравнительно редко.
5. Фиолетовый цвет возникает как следствие излучение молекул азота на высотах менее 120 км.
6. Розовый оттенок появляется от смешивания красного и зеленого цветов.

Интенсивность свечения зависит от активности Солнца. Она оценивается по следующей шкале.

1. 1 балл имеет свечение, приближенное по яркости к Млечному пути.
2. 2 балла – это свет, исходящий от Луны, закрытой перистыми облаками.
3. 3 балла – это свечение, похожее по яркости на свет Луны, скрытой кучевыми облаками.
4. Наивысшая яркость равна свету полной Луны, видимой в ясную ночь.