Небесная иллюминация: что такое северное сияние

Фото: Johannes Groll / Unsplash

С этим явлением люди столкнулись уже в седой древности. Первые упоминания о нем зафиксированы в 567 году до нашей эры — астроном вавилонского царя Навуходоносора II видел в небе красное свечение. Причины его возникновения определялись каждым по-разному. Так, Аристотель усматривал причину его появления в том, что «верхние слои воздуха, сгущаясь, могут воспламеняться». В широких массах оно рассматривалось как знак гнева богов, предвещавший различные бедствия — войны, эпидемии, голод. Например, его влиянию приписывали падение Иерусалима и смерть Юлия Цезаря.

Аналогичные легенды про него ходили и среди северных народов. Так, например, саамы — народ, проживающий в Лапландии, верили, что оно возникает, когда киты выплёскивают воду из дыхала. Финны считали, что северное сияние происходит из-за того, что охотящиеся на сопках лисы чешут бока о скалы с такой силой, что на небо летят искры, потому и называют его Лисьим Хвостом. Норвежцы рассматривали его как мост, по которому Боги сходят в мир людей. Эскимосы рассматривали его появление как предвестник беды.

Научным анализом причин его возникновения впервые занялись астрономы Галилео Галилей и Пьер Гассенди. В частности, Галилей первым высказал мысль о том, что оно возникает в атмосфере в результате преломления солнечного света. Сам же термин впервые появился в 1621 году в работах Пьера Гассенди.

Однако больше всех приблизился к пониманию его природы русский ученый М. В. Ломоносов, который высказал предположение о том, что оно имеет электрическую природу. Чтобы доказать это, он провел эксперимент: через стеклянный шар, наполненный различными газами, пропустил электрические заряды, после чего колба засияла разными цветами. В дальнейшем он собирался написать работу под названием «Испытание причин северного сияния», но не успел. Уже спустя много лет, другие ученые окончательно установили связь северного сияния и активности на Солнце. 

Фото: Gatto Fortunato / GeoPhoto

Солнце – начало всего

Процесс возникновения сияния начинается на Солнце, на котором постоянно происходят различные возмущения – взрывы или бури. Они порождают солнечный ветер – поток из протонов и электронов, выбрасывающийся в открытый космос. Там он притягивается магнитным полем Земли и сразу же направляется им в сторону Северного и Южного полюсов, попадая в верхние слои атмосферы. На высоте в 400—100 км над уровнем моря начинается взаимодействие частиц с атомами азота и кислорода, которое возбуждает их. Чтобы вернуться в нормальное состояние, атомы азота и кислорода начинают излучать энергию, которая и образует северное сияние. Она же придает сиянию цветовую гамму: например, на высоте более 150 км цвет сияния будет красным, от 120 до 150 км – жёлто-зелёным, ниже 120 км – фиолетово-синим. Чаще северное сияние оказывается бледно-зелёным. 

Северное сияние может производить различные шумы, – потрескивания, хлопки или короткие стреляющие звуки. Но из-за шума окружающего мира их обычно не слышно. Различают четыре типа полярных сияний: однородная дуга – простая светящаяся полоса; лучистая дуга – лента с мелкими складками и струйками; лучистая полоса – лента, в которой более крупные складки накладываются на мелкие; и, наконец, шквал – когда интенсивный свет охватывает весь полярный район. 

Обычно оно возникает естественным путем, но его можно вызвать и искусственно. В 1975 году Советский Союз и Франция провели эксперимент под названием ARAKS (Artificial Radiation and Auroral Kerguelen — Soviet Union). С архипелага Кергелен запустили ускоритель частиц, испускавший электроны на высоте нескольких сотен километров. Передвигаясь рядом с силовыми линиями магнитного поля Земли, они оказались в Северном полушарии, вызвав искусственное полярное сияние над Архангельской областью. 

Северные сияния бывают не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы. В 2016 году телескоп «Хаббл» сделал снимки сияний на Юпитере. Причем их зона втрое превышала размер Земли.

Фото: Jonatan Pie / Unsplash

Следим за индексом

В России северное сияние наблюдается в районах, которые расположены выше полярного круга: например, в Мурманской области, Ненецком автономном округе, на севере Красноярского края. Также его можно видеть в Карелии, в районе Воркуты в Республике Коми, в районе Северодвинска в Архангельской области, ближе к устью реки Лены в Якутии. За рубежом это страны Скандинавии, США, Шотландия.

Очень многих интересует вопрос, можно ли как-то узнать, когда оно будет. Для этого существуют специальные индексы и сервисы. Например, K-индекс — отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала, измеряющийся на 13 специальных геомагнитных обсерваториях. Интервал значений индекса находится в диапазоне от 0 до 9, где 0 — минимальная солнечная активность, 9 — сильнейшая магнитная буря. В 2020 году российские ученые разработали сервис «Аврора». Суть его в том, что с космических спутников передается информация о показателях потока солнечных частиц за 15 минут до того, как он долетит до Земли и попадет в магнитосферу планеты. Далее полученные данные обрабатываются с помощью математической модели и передаются на виртуальную карту, на которой можно видеть область распространения северного сияния, а также его интенсивность. 

Интерес к северному сиянию стимулирует предприимчивых людей зарабатывать на нем деньги. За определенную плату они отвозят всех желающих посмотреть на северное сияние в те места, где очень высока вероятность его появления. Трёхдневный тур «За сиянием» в Мурманскую область стоит от 30 000 рублей.

Фото: Nelly Volkovich / Unsplash

Смертельный свет

Наблюдая северное сияние, можно получить не только эстетическое удовольствие, но и серьезные проблемы. Еще эскимосы и русские поморы заметили, что оно может стать причиной психических заболеваний: они называли это «зовом Полярной звезды» или «мерячение». В современной медицине это получило название синдром полярного бешенства. С ним столкнулся еще знаменитый полярник Амундсен в начале XX века. Будучи штурманом корабля «Бельжик», находящегося в Антарктиде, он заметил неадекватное поведение нескольких членов команды, один из которых убежал с корабля, а другой попытался его убить. Аналогичные случаи были зафиксированы и на советских полярных станциях в 1950-е годы.

В дальнейшем было установлено, что пик случаев полярного бешенства совпадал с периодами наибольшей интенсивности полярного сияния. Самые страшные последствия наблюдались после вспышек красного цвета, которые, как выяснили отечественные ученые, совпадают с частотой, близкой к ритмам мозга. Они-то и вызывают головные боли, сбои в работе вестибулярного аппарата, нарушение функций мозга или потерю зрения и слуха. Поэтому увидеть его – означает подвергнуть себя опасности.

Однако неуловимость и непредсказуемость этого феномена все равно притягивает людей. Так что, если вы все же решились посмотреть на северное сияние, то возьмите фотоаппарат, оденьтесь потеплее, запаситесь горячей едой и чаем и вперед – за новыми впечатлениями!

***

Максим Майоров, специально для GoArctic