Каковы причины полярного сияния?

Красочная завеса полярного сияния освещает небо Аляски.

В верхних широтах как Северного, так и Южного полушарий иногда можно наблюдать на небе захватывающее зрелище, известное как северное или, соответственно, южное полярное сияние. Это явление возникает, когда электрически заряженные частицы, излучаемые солнцем, сталкиваются в ионосфере на высоте 80—500 км с атомами и молекулами, отчего последние начинают излучать свет.

Эти частицы приносятся на Землю солнечным ветром и представляют собой мощный поток протонов и электронов, несущийся со скоростью, превышающей миллион километров в час. Солнечный ветер несет с собой и часть заряда магнитного поля Солнца, которое, взаимодействуя с земной магнитосферой, заставляет частицы опускаться на Землю вдоль силовых линий магнитного поля вблизи полюсов.

Смешение магнитных полей

Давление солнечного ветра сжимает магнитное поле Земли на дневной стороне на расстояние примерно равное 64000 км от поверхности. На ночной стороне солнечный ветер расширяет магнитосферу в сто раз. Солнечное магнитное поле взаимодействует с магнитным полем Земли на границе магнитосферы на ночной стороне, а частицы солнечного ветра движутся вдоль силовых магнитных линий к полюсам.

Генератор полярного сияния

Протоны в солнечном ветре заряжены положительно, а электроны — отрицательно. Имеющие разные заряды, частицы отталкиваются и движутся в противоположных направлениях: протоны — к утренней стороне магнитосферы, электроны — к вечерней стороне. Поток частиц создает противоположно заряженные полюса, выступая таким образом в роли огромного электрогенератора. Электрический ток, который течет через овалы полярного сияния в магнитосфере над полюсами планеты, называется выпрямленным током. Общая мощность тока, вырабатываемого «полярным генератором», превышает триллион ватт.

Структура полярного сияния

Электроны выпрямленного тока в атмосфере движутся по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Здесь они сталкиваются с атомами и молекулами, сообщая им импульс и заставляя излучать свет. Прибывающие частицы замедляются в результате столкновений и излучают рентгеновский свет, в то время как возбужденные газы освобождают еще больше электронов в цепной реакции столкновения. Атомы кислорода, таким образом, излучают зеленый свет, а молекулы азота — розовый.

Токи полярного сияния

Как видно со спутников, находящихся на орбите высоко над Землей, полярные сияния появляются над полюсами как овальные обручи. Кроме выпрямленного тока внутри такого овала, присутствует и вторичный ток, текущий в противоположном направлении вдоль его наружного края.