Российские ученые раскрыли тайну загадочных голубых полярных сияний

Чтобы голубое сияние увидеть, постараться надо. Наши глаза вообще плохо различают синее и голубое в темноте. Фото: Global Look Press\Patrick Pleul

Учёные из Полярного геофизического института (Мурманская область) выпустили красивое исследование на не менее красивую тему. Они погрузились в тайны цвета полярных сияний. Pнаете ли вы, что бывают не только красные и зеленые, но и голубые сияния? Статья опубликована в журнале «Солнечно-земная физика».

СОЛНЕЧНЫЙ ПРИЗРАК ИЛИ ЛЕДЯНОЙ СВЕТ?

Полярные сияния были известны еще древним грекам – и они ставили в тупик как первых физиков во главе с Аристотелем, так и их потомков на протяжении полутора тысяч лет.

В 1743 году Михаил Ломоносов пишет знаменитое стихотворение «Вечернее размышление о Божием величестве», и там есть такие слова:

- Но где ж, натура, твой закон?

С полночных стран встает заря!

Не солнце ль ставит там свой трон?

Не льдисты ль мещут огнь моря?

Наш ученый умудрился в нескольких строках изложить две главные гипотезы того времени о природе полярных сияний.

Одна группа физиков верила, что Солнце как бы подсвечивает атмосферу из-за горизонта («не солнце ль ставит там свой трон»). Идея не глупая: именно так июньскими ночами сияют серебристые облака. Но неверная.

Другие считали, что в пору экстремальных морозов льды трескаются, отчего и светятся («не льдисты ль мещут огнь моря»). И тоже рациональное зерно есть: кристаллы, как мы знаем сегодня, в самом деле источают свет, если их деформировать.

Ломоносову обе гипотезы не нравились. Он склонен был думать, что полярные сияния имеют «электрическую природу», и он стоял на правильном пути. Конечно, об электричестве в его времена знали примерно столько, сколько в наши дни о темной материи: оно есть, и не более того. Тем удивительней интуиция русского ученого.

Сегодня даже продвинутый школьник в курсе: летящие из космоса электроны сталкиваются с атомами воздуха и заставляют их светиться. Но то в общих чертах. А в деталях – многое еще остается непонятным.

СОЛНЦЕ СЛОМАЛОСЬ?

За последние пару лет россияне, и не только северяне, а, например, жители Москвы, Рязани и даже Ростова-на-Дону, стали свидетелями нескольких экстремальных полярных сияний. Cияния особенно охотно обволакивают Землю вскоре после максимума солнечной активности. Максимум мы перешагнули осенью 2024 года. Так что самое время.

Но люди подсознательно ждали «картинки, как в учебнике»: зеленые полосы и разводы во весь небосвод. А сияние во многих регионах оказалось… красным. Отчего пошло брожение умов и теории заговора: Солнце «сломалось», вот и сияние зловещее, красное.

Ученым пришлось объяснять: оба цвета, зеленый и красный, «законные». В обоих случаях светится кислород. Но красным он сияет на очень больших высотах, от 200 до 400 километров. А зеленым ниже, на высоте 100-200 километров. Жители южных регионов видят высокую часть сияния, красную, нижняя, зеленая, скрыта горизонтом. Вот и вся тайна.

Но если бы тайна была одна. Знаете ли вы, что бывают и голубые сияния? Статья мурманских ученых начинается как раз с этого.

Фото: Global Look Press\Patrick Pleul

ТЫСЯЧИ И ТЫСЯЧИ ВОЛЬТ

Кто представляет себе строение атома (электроны, как планеты, кружатся вокруг ядра – пусть это неточно, зато наглядно), легко уловят суть. Получая энергию извне (в виде удара стороннего электрона, например), те электроны, что в атоме, переходят на более высокую орбиту. Долго они там, однако, не задерживаются, возвращаются назад. И избавляются от лишней энергии, испустив свет. Его-то мы и видим как полярное сияние.

У кислорода, как мы уже знаем, два режима свечения: красный и зеленый. Но, кроме кислорода, в воздухе еще много всяких газов. Азот, например, светится голубым. Азота в воздухе очень много. А вот чтобы голубое сияние увидеть, постараться надо. Наши глаза вообще плохо различают синее и голубое в темноте. Неуловимые голубые сияния кажутся нам белесыми. Другой фактор: азот загорается на экстремально низких высотах (менее ста километров). Чтобы такое рассмотреть, надо наблюдать, находясь глубоко на севере, или… с орбиты, где видна картина в целом.

Какой же энергии должен быть летящий от Солнца электрон, чтобы прошить атмосферу так глубоко и «запалить» азот? Ученые из Полярного геофизического института сделали расчеты, и оказалось, что энергии требуются внушительные: 3500 электронвольт. А что это за единица такая?

Когда физики рассматривают энергию одной частицы, например, электрона, им неудобно оперировать привычными единицами. В микромире иной, более мелкий, масштаб. А вот энергия, которую приобретает электрон, если «приложить» к нему один вольт (электронвольт) – самое то. Выходит, к каждому электрону во время полярных сияний приложили 3,5 тысячи вольт, больше, чем в высоковольтной линии. Ну и ну!

Фото: Global Look Press\Patrick Pleul

Итак, голубые сияния возникнут в результате экстремально сильной бури. Впрочем, даже привычные красные и зеленые сияния требуют нешуточных напряжений. Скажем, красное не загорится меньше, чем от одной тысячи электронвольт, зеленое требует 2-3 тысячb.

Конечно, никто с оголенными проводами возле электронов не стоит. Все делает Солнце, выбрасывая электроны с огромными скоростями. Как заметил в свое время писатель Андрей Платонов (интуиция!), космос наполнен энергией и электричеством.

ЗАПУТАННАЯ ХИМИЯ

Помимо тайны голубых сияний, в работе российских ученых нашлось место и зеленым. Потому что с ними тоже не все так кристально ясно.

Как мы уже знаем, зеленый цвет обеспечивает кислород на умеренных высотах. Но есть нюанс. В воздухе очень мало окиси азота, но она там есть. И эта ничтожная примесь влияет на цвет сияния. Если окиси азота чуть больше нормы, она как бы связывает ионы молекулярного кислорода. И он перестает светиться. Глубокого зеленого цвета не увидишь.

И тут вскрылось странное: когда буря по-настоящему сильная, окись азота куда-то девается. Мистика? Откуда газу «знать», что между Землей и Солнцем штормит?

Российские ученые филигранно разобрали запутанный химический ребус. А тут в игре именно химия. Когда идет экстремальная магнитная буря, космос транслирует в верхнюю атмосферу колоссальное количество энергии. Атмосфера нагревается и расширяется. Это можно представить как… ветер, дующий вертикально вверх.

Так или иначе, такой странный ветер приводит к тому, что снижается концентрация атомарного кислорода. То же его количество приходится на больший объем. А атомарный кислород и окись азота – неразлучные друзья. Кислород, как катализатор, нужен, чтобы рождалась окись азота. Так что вместе с дефицитом атомарного кислорода наступает и «голод» на окись азота.

«Мне только этого и надо!» - кричит молекулярный кислород, и одаривает землян нежным зеленым сиянием.

Запутались? Ничего страшного. Просто в следующий раз, когда судьба одарит вас шансом воочию увидеть полярное сияние, подумайте о том, какая физика, какая химия, какие энергии стоят за этим призрачным светом. «И где ж, натура, твой закон?» Он есть, но от людей все еще во многом скрыт. Но ученые узнают все до конца, даже не сомневайтесь.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Смотрите на Луну, пока не стало слишком поздно: спутник Земли стремительно уменьшается

Вулкан Ксудач на Камчатке может проснуться: однажды он уже устроил «вулканическую осень»

Некуда бежать? Сможет ли человечество покинуть Землю и переселиться в космос

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Иисус Христос действительно ходил по воде. Теперь это научно доказано