От чего северное сияние?

Содержание

Почему возникает Северное сияние?

Что такое северное сияние?

Северное сияние Это действительно сверкающее многоцветное сияние на небе. Типичное северное сияние выглядит как сияющая занавеска, переливающаяся сине — зелеными огнями с вкраплениями розового и красного. Эти цветные лен ты имеют ширину до 160 километров, а длину до 1600 километров. Танцующее в темном небе, как языки пламени, северное сияние — завораживающее и чарующее зрелище. Северное сияние происходит на Земле. Но вызвано оно процессами, происходящими на Солнце. Вот как это получается. Солнце — это раскаленный газовый шар, состоящий из атомов водорода и гелия. В ядре этих атомов находятся частицы, которые называются протонами. Вокруг протонов вращаются другие частицы. Они называются электронами. Протоны несут единичный положительный заряд, электроны — отрицательный. Облако сверх горячего газа, окутывающее Солнце (солнечная корона), постоянно выбрасывает в пространство во всех направлениях частицы и осколки атомов. Эти кусочки летят в космосе со скоростью 960 километров в секунду. Такие потоки называются солнечным ветром. Иногда корона буквально взрывается вихрем частиц, добавляя новые раскаленные порции к солнечному ветру.

На Северном полюсе северное сияние бывает почти каждую ночь Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы попадают в ее магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля проходят в космическом пространстве, а сходятся у Северного и Южного полюсов Земли. Короче, Земля — это гигантский магнит. Магнетизм Земли обусловлен, как полагают, электрическими токами, индуцированными вращением железного ядра Земли. Чтобы посмотреть, как действует магнит, положите на него лист картона и насыпьте сверху железные опилки или мелкие гвоздики. Опилки или гвозди расположатся по кривым линиям, совпадающим с силовыми линиями магнитного поля. Магнитное притяжение Земли как бы засасывает пролетающие мимо нее заряженные частицы. Эти притянутые частицы движутся в виде длинных «лучей» вдоль силовых линий магнитного поля, которые уходят под землю в области магнитных полюсов. Эти полюса находятся вблизи Северного и Южного полюсов Земли, хотя и не совпадают с ними. Летящие вдоль силовых невидимых линий частицы «бесцеремонно затаскиваются» в атмосферу вблизи полюсов. И тут — то все начинается. Земля — не единственная планета, где бывает северное сияние. На Юпитере небеса в районе Северного полюса полыхают еще грандиознее Атмосфера нашей матери Земли состоит в основном из азота и кислорода. Когда электроны и протоны, выброшенные с Солнца, вторгаются в атмосферу, они неизбежно сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые из атомов теряют часть своих электронов, другие — «возбуждаются», получая дополнительную энергию. Когда атом «успокаивается» после столь бурной атаки, то есть возвращается в нормальное энергетическое состояние, он испускает световой фотон. Молекулы азота при столкновении обычно теряют электроны. При этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота возбуждается без потери электрона, то происходит испускание лучей красной части спектра. Когда солнечный ветер сталкивается с молекулами кислорода, потери электронов никогда не происходит. Молекула возбуждается, а затем испускает кванты зеленого и красного света. Заряженные частицы Солнца заставляют воздух земной атмосферы переливаться разными цветами это и есть северное сияние На Северном полюсе северное сияние бывает почти каждую ночь, в Скандинавии и Северной Америке — от 20 до 200 раз в году. Пять — десять раз в году северное сияние бывает на широтах Парижа и Лондона. Один раз северное сияние наблюдали даже в Мехико.

Северное сияние – одно из самых потрясающих природных явлений, равных по красоте которому просто нет! Долгие годы ответить на вопрос «Почему возникает северное сияние?» никто не мог, но разгадать эту тайну удалось Михаилу Ломоносову. Именно этот выдающийся учёный первым предположил, что природа этого явления электрическая. Чтобы доказать это предположение, учёные заполнили несколько колб следующими газами: азотом, водородом, неоном, аргоном и рядом других разреженных газов. После, через эти газы был пропущен электрический ток, и каждый из них засветился своим, уникальным цветом.

Так почему возникает северное сияние? Первоначально, на Солнце должен произойти взрыв, после чего в ионосферу Земли попадают заряженные частицы (корпускулы). Здесь, они сталкиваются с частичками разряженных газов, заставляя их светиться. Северное сияние возникает на высоте 80 – 1000 км. и длится от одного часа до суток. Причём, чем выше активность Солнца, тем интенсивнее и дольше будет Северное сияние на Земле. Обычно, Северное сияние окрашивает небо, словно закат, но иногда возникает в виде спиралей или дуг. Эти цветные ленты имеют ширину до 160 км, и длину примерно 1500 км.

У северного сияния много цветов. Его цвет зависит от того, с частицами какого газа произошло взаимодействие солнечного ветра, вернее, в каком слое атмосферы Земли произошло столкновение. Если слой выше 150 км, то цвет северного сияния будет красным, 120-150 км. – жёлто – зелёным и если ниже 120 км. то фиолетово – синим. Самым частым является бледно – зелёное северное сияние.

Чтобы увидеть Северное сияние во всей его красе, нужно выбрать период наивысшей активности Солнца. К тому же, это должна быть морозная, ясная ночь, и лучше, если Вы будите вдали от городских огней. Чаще всего Северное сияние появляется в период с октября по январь. Ещё одна помеха для наблюдения Северного сияния – полная луна.

Не во всех уголках мира можно увидеть это уникальное явление, а только вблизи магнитных полюсов. Это объясняется тем, что геомагнитное поле Земли отклоняет большую часть потока заряженных частиц, идущих от Солнца, и лишь некоторые всё же попадают в атмосферу Земли, но только над полюсами. Северное сияние открывается жителям и гостям Норвегии, Швеции (Курина), Финляндии (северная её часть), Исландии, Канады (Великие озёра в Онтарио), России (Кольский полуостров).

С Северным сиянием связанно множество мифов и легенд. Наши предки, не понимая природы некоторых явлений, связывали их с чем-то мифическим, порой божественным. Так, эскимосы считали, что огни в небе были душами китов, тюленей, а индийцы Канады полагали, что это искры огромного костра, который в небе зажигал «Большой дух».

С Северным сиянием связано ещё немало загадок и тайн. Сейчас учёные пытаются разобраться, сопровождается ли северное сияние звуковым эффектом? В этом вопросе их мнения расходятся.

На северное сияние люди обращали свое пристальное внимание еще в глубокой древности. Например, старинные финские легенды гласят о том, что это лисы на сопках охотятся и чешут бока о скалы так, что искры летят на небо, образуя северное сияние. В эскимосских и индийских легендах северное сияние есть не что иное, как духи животных, танцующих в небе, или духи павших врагов, которые хотят восстать. Еще всполохи холодного огня в небе в древние времена считались словами богов, их огненным и прекрасным танцем в холодном северном небе.

Изначально появление северного сияния связывали с катастрофами и войнами, смертью и болезнями. Все это было в более южных широтах, где северное сияние – очень редкое, а посему и удивительное явление.

На севере же, где это явление такое же обычное, как и наступление дня, люди перестали объяснять его сверхъестественными причинами и приписывали ему вполне рациональное объяснение. Например, они стали предполагать, что северное сияние есть не что иное, как отражение далеких солнечных лучей от водной глади северного моря. Или что это лед за день накапливает солнечный свет, а потом излучает его в виде северного сияния ночью.

Интересен тот факт, что полярное (оно же северное) сияние наблюдалось не только в северном, но и в южном полушарии за полярным кругом. А известный первооткрыватель Джеймс Кук уже в конце 18-го века занимался его исследованием. Он дал описание сияний южного полушария и заметил, что и на севере и на юге в высоких широтах оно возникает одновременно.

Каковы же причины северного сияния?

Все достаточно просто. Ни для кого не секрет, что наша планета есть не что иное как большой магнит. У любого магнита есть силовые линии, которые направлены из северного полюса к южному. Такие линии Земли называют геомагнитными, и они образуют геомагнитный слой. Есть еще околоземный слой, который ученые называют плазменным. Плазменный слой, проецируясь на геомагнитный слой Земли, образует кольца, которые окружают северный и южный полюса (авроральные овалы). И в этих самых местах частицы плазменного слоя атакуют геомагнитный слой. При столкновении частиц происходит выход энергии в виде вспышки. Множество таких вспышек и образует северное сияние!

Кстати ученые установили, что большую роль в таких высыпаниях играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.

Теперь поговорим о цвете полярного сияния. Наиболее распространенный цвет – бледно зеленый. Он возникает в результате столкновения электронов с атомами кислорода. Так же такое столкновение может дать и алое свечение. Инфракрасное и фиолетовое излучение получается в результате столкновения электронов с атомами азота.

Поскольку ионизация частиц максимально проявляется к концу пути, поэтому нижняя граница северного сияния резкая, а верхняя — плавная и размытая.

Яркие вспышки северного сияния чаще всего появляются спустя пару дней после солнечных вспышек, которые и насыщают плазменный слой частицами, бомбящими геомагнитный слой.

Северные сияния происходят очень высоко. Так высоко, что ни один самый мощный реактивный самолет не может до них добраться. Нижний край находится на высоте не менее 60 км, в то время как верхний возвышается на 960 километров над уровнем планеты.

Как же можно наблюдать северное сияние? Наблюдать это удивительное явление можно только ночью, так как солнечный свет затмевает свечение сияние. Также наблюдению мешают облака, так как сияние располагается на гораздо больших высотах, чем те, на которых образуются облака. Таким образом наблюдать сияние можно лишь в высоких широтам в ясную, лучше даже безлунную ночь. И это не говоря уже обо всех естественных препятствий вроде домов, гор и деревьев, закрывающих обзор.

Весной и осенью северные сияния возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии.

При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток. Чаще всего полярные сияния похожи на облака. Так же можно наблюдать их в виде лент, пятен, всполохов холодного огня и волнообразных завихрений. Очень интересно, что сияние не стоит на месте, а постоянно движется, меня свое местоположение и форму. В северном полушарии полярное сияние распространяется на запад, оно движется со скоростью около 1 км/с.

Кстати, ученым удалось искусственно создать северное сияние. Было выбраны две точки на поверхности планеты в северном и южном полушариях – на одной линии геомагнитного поля. И ученые запустили ракету с острова Кергелен, в которой находился ускоритель частиц, создающий поток заряженных электронов и протонов на определенной высоте. Эксперимент удался, ученым удалось искусственно вызвать северное сияние. Правда, облака помешали наблюдать его на Земле, но космические станции зафиксировали все параметры его появления.

Интересно так же, что северное сияние наблюдается и на других планетах Солнечной системы (в основном это планеты-гиганты) и с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп «Хаббл») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет.

Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния, Сенеки и других древних философов.Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестники катастроф — эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. Во всяком случае в этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил.Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путем. Например, высказывались предположения о том, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда. Поразительное явление свечения, наблюдаемое на небе, чаще всего в полярных областях. В Северном полушарии его называют северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария – южным. Природа и происхождение полярных сияний – предмет интенсивных исследований, и в этой связи были разработаны многочисленные теории. Кстати, южное сияние можно наблюдать далеко на севере, например, в Брисбене (Австралия), а северное – даже в Афинах (Греция). На русском Севере полярные сияния называли пазорями или сполохами. Первое из этих слов указывает на сходство рассматриваемого явления с зорями, а второе происходит от слова «полошить», то есть тревожить, беспокоить, поднимать тревогу. Действительно, во время полярных сияний небо может стать красным, как на пожаре. Известны случаи, когда полярное сияние красного цвета принимали за зарево пожара и пожарные команды выезжали к огромному зареву в северной части горизонта.

Увидев картинки в интернете, я не осталась равнодушной и захотела побольше узнать о природе этого физического явления. Что же я выяснила? Оказывается всему причиной является Солнце. Но не только оно. Поверхность Солнца очень изменчива. Иногда там происходят мощные взрывы, и в сторону Земли с огромной скоростью направляются частички солнечного вещества. Они достигают нашей планеты примерно через 30 часов.

Магнитное поле Земли отклоняет эти частички к полюсам, где они вызывают обширные магнитные бури. Под действием протонов и электронов, проникающих в ионосферу из космоса, начинается свечение разреженных слоев атмосферы на высоте 80-1000 км. Небо от края до края расцвечивается цветными или бело-зелеными узорами: дугами, лентами, коронами, пятнами. Полярное сияние – одно из наиболее впечатляющих небесных явлений, красочное свечение, появляющееся в ночном небе. Его формы и цвета быстро меняются. Полярные сияния происходят в интервалах высот 90—100 и 400– 1000 километров. Наблюдать их можно главным образом в высоких широтах, то есть в полярных областях.

Северное сияние причины возникновения

Северное сияние возникает в стратосфере вблизи магнитного полюса, оно видно в виде зеленоватого свечения, иногда с примесями красного. Точечные полярные сияния часто демонстрируют линии магнитного поля, и могут изменять свою форму от нескольких секунд до нескольких часов. Когда можно увидеть северное сияние? Оно чаще всего происходит вблизи равноденствия.

Магнитное поле Земли и сияния тесно связаны. Магнитное поле Земли захватывает частицы солнечного ветра, многие из которых затем перемещаются по направлению к полюсам, где и сталкиваются с атмосферой Земли. Столкновения между этими ионами, атмосферными атомами и молекулами и приводит к выбросам энергии в виде свечения атмосферы, появляющихся в виде больших кругов вокруг полюсов. Аврора более яркая во время интенсивной фазы солнечного цикла, когда выбросы корональной массы многократно увеличивают интенсивность солнечного ветра. Полярное сияние на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне можно посмотреть в этой статье.

Южный полюс

Асимметрия сияния

Есть ли северное сияние на южном полюсе? Да, полярное сияние на южном полюсе, имеет те же особенности, которые почти идентичны северному. Есть ли северное сияние в Антарктиде, спросите вы? Да, их видно из высоких южных широт Антарктики, Южной Америки, Новой Зеландии и Австралии.

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.

Звуки генерируемые сияниями

Иногда сияния могут генерировать различные шумы, такие как хлопки, треск и статические звуки, как правило, слабые и короткие. В течение длительного времени ученые сомневались в этом явлении, так как звук было тяжелее задокументировать, к тому же аврора располагается слишком высоко в небе, чтобы быть услышанной на земле. Тем не менее, исследователи из Университета Аалто в Финляндии, опубликовал исследование в 2012 году, в котором было указано то, что им удалось записать различные шумы коррелирующие с визуальным присутствием северного сияния. Ученые утверждают, что эти звуки образовались на высоте около 70 метров над землей. Звуки сформировались в результате взаимодействия солнечных частиц и газов атмосферы. Университет Аляски отмечает, что звуки издаваемые полярными сияниями настолько редки, что существует очень мало людей, которым посчастливилось их услышать. Их образование возможно только во времена максимальной солнечной активности, при безветренной ночи и вдали от других источников шума.

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.

    Полярное сияние с МКС

  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.

Факты про северное сияние

Северное (полярное) сияние — необычайно красивое природное явление, возникающее в результате взаимодействия магнитосферы с частицами солнечного ветра. Интересные факты про северное сияние представлены в статье.
1.Северное сияние — обычное явление в высоких широтах северного и южного полушарий Земли, так называемых «авроральных овалах». Железное ядро планеты подобно магниту, притягивающему к себе заряженные частицы. Больше всего это притяжение выражено на магнитных полюсах. Есть еще и южное сияние, но оно менее изучено.
2.Форма северного сияния определяется высотой, на которой происходит свечение. Наиболее распространенная форма — это полосы или пятна. Цвет этого явления зависит от того, какие слои атмосферы взаимодействуют с солнечным ветром — азот окрашивается в фиолетовый, а кислород — в красный и зеленый цвета.
3.Высота сияния обычно составляет 80-120 км, но может достигать до 1000 км.
4.Длительность полярных сияний варьируется от десятков минут до нескольких дней.
5.Северные сияния чаще возникают осенью и весной. Они наблюдаются в Норвегии, Финляндии, Исландии, Гренландии и России (города Мурманск, Норильск, Петрозаводск, Санкт-Петербург).
6.Итальянский физик и астроном Галилео Галилей первым описал северное сияние в 1619 году.
7.Не бывает двух одинаковых северных сияний, каждое имеет свои цвета и узоры.
8.Северные сияния по степени яркости разделяются на 4 класса. Первый класс, самый бледный, включает почти незаметные сияния, а самый яркий четвертый класс характеризуется всполохами, светлыми как луна.

Северное, или полярное сияние — один из самых красивых и удивительных природных феноменов. Конечно, наука давным-давно уже объяснила, как и почему оно возникает, но это не отменяет того, что сложно вообразить что-то более прекрасное — с этим утверждением согласятся, пожалуй, все, кому доводилось наблюдать это явление своими собственными глазами. В северных странах есть даже специальные туры в то время года, когда вероятность наблюдать сияние наиболее высока.

Интересные факты о северном сиянии.

  1. Полярное сияние наблюдается не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы – например, оно есть на Юпитере, но происходит в ультрафиолетовом спектре, то есть неразличимо для человеческого глаза (см. интересные факты о Юпитере).
  2. Диаметр овалов северного сияния составляет около 3 000 километров.
  3. Полярное сияние значительно чаще возникает в межсезонье, чем в летние и зимние месяцы.
  4. Северное сияние провоцирует выделение большого количества энергии – так, в 2007 году было зафиксировано выделение энергии, сопоставимое с землетрясением магнитудой 5,5 (см. интересные факты о землетрясениях).
  5. Длительность северного сияния разнится от десятка минут до нескольких суток.
  6. На Венере северное сияние иногда охватывает всю планету.
  7. Самое масштабное северное сияние в Солнечной системе наблюдается на Сатурне – там его высота составляет 1200 километров (см. интересные факты о Сатурне).
  8. Самое зрелищное северное сияние наблюдалось на Земле из-за геомагнитной бури, которая продолжалась с 28 августа по 2 сентября 1859 года.
  9. Некоторые аборигены Северной Америки верят, что северное сияние – это футбольный матч, в котором принимают участие души умерших, причем играют они головой моржа.
  10. Цвета полярного сияния зависят от того, какой газ вступает в реакцию с солнечным ветром, а также от того, на какой это происходит высоте. Например, кислород светится красным цветом на высоте в 200-400 километров, и зеленым — на высоте около 100 километров. Благодаря азоту в небе возникают фиолетовые всполохи света.
  11. Северное сияние возникает в любое время суток, просто днем люди не способны его увидеть.
  12. Американское космическое агентство (НАСА) отслеживает активность Солнца и публикует специальные прогнозы появления северного сияния, чтобы все желающие смогли на него посмотреть.
  13. Первым ученым, описавшим феномен полярного сияния в 1619 году, был знаменитый астроном из Италии Галилео Галилей.
  14. Северное сияние изображено на наскальных рисунках, которые были обнаружены во Франции. Исследователи считают, что древние художники запечатлели это явление около 30 тысяч лет назад.
  15. Существует не только северное, но и южное сияние – оно наблюдается в высоких широтах южного полушария (например, в Австралии).
  16. Во время сильных солнечных бурь северное сияние наблюдалось в таких неожиданных местах, как Куба, американские штаты Луизиана и Техас.
  17. Северное сияние сопровождается звуками, которые, однако, можно услышать только в безлюдных местах – это негромкие хлопки и потрескивание статического электричества.
  18. Первое документально зафиксированное упоминание о полярном сиянии (помимо наскальных рисунков) датируется 567 годом до нашей эры. Свои наблюдения записал один из придворных ученых Навуходоносора II, увидевший в темном небе поразившее его явление.
  19. Эскимосы считают, что северное сияние – это свет, падающий из окон незримого дворца. Его населяют души погибших охотников, а под сводами дворца пылает полярная звезда. Согласно этой легенде, полярное сияние возникает из-за тоски мертвых по дому – заскучав, они открывают окна и смотрят вниз, на родную землю.
  20. Еще одна легенда гласит, что Александр Невский и его войско перед сражением на Чудском озере увидели необыкновенно яркое северное сияние. Они расценили это как добрый знак и победили, пребывая в уверенности, что им на помощь спешат воины с небес.

Leave a Comment