Ученые обнаружили виновника: как только солнце сжимает магнитные хвостовые огни Земли, в ночном небе появляются полярные сияния, когда высокоэнергетические частицы из космоса врезаются в атмосферу Земли вблизи полярных регионов.
Северные и южные огни чаще всего мигают зелеными и красными оттенками, но они также могут переливаться синим и фиолетовым. Ослепительно зеленый и красный свет регулярно танцуют в ночном небе над северным и Южным полюсами Земли. В течение десятилетий ученые предполагали, что когда полярные сияния мерцают одновременно в обоих регионах, мигающие узоры отражают друг друга. Но в 2009 году они обнаружили, что это не так. Они были удивлены и озадачены, почему. Теперь команда исследователей из Норвегии, Германии и США обнаружила виновника: неистовое солнце.
Земля генерирует магнитное поле, которое выглядит так, как будто стержневой магнит проходит от Южного полюса через его ядро к Северному полюсу. Полевые линии изгибаются наружу от обоих полюсов, далеко за пределы атмосферы, а внешние дуги образуют границу магнитного пузыря вокруг нашей планеты. Эта магнитосфера парирует заряженные частицы, несущиеся к нам из космоса. Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы, извергаемые солнцем, прорываются через магнитосферу. Частицы ускоряются вдоль линий магнитного поля Земли к ледяным полярным областям. Когда они попадают в атмосферу, сталкиваются с атомами и молекулами, выпуская красочные фотоны, которые освещают небо.
По словам сотрудников Мичиганского университета, когда линии магнитного поля симметрично изгибаются вокруг Земли, полярные сияния должны появляться в одинаковых местах в Северном и Южном полушариях. И, если бы вы могли просматривать оба световых дисплея одновременно, они выглядели бы почти одинаково. Но такой сценарий на самом деле довольно редкий.
Это потому, что Солнце также обладает мощным магнитным полем. Он изменяет путь, прослеживаемый линиями поля Земли, раздавливая линии на дневной стороне нашей планеты, обращенной к Солнцу, и удлиняя линии на ночной стороне, создавая магнитный хвост. В результате магнитное поле Земли напоминает очертания домашней мухи: округлая голова насекомого смотрит на солнце, а его удлиненное тело и хвост направлены в сторону.
Южное сияние - всплески радиации от солнца, которые происходят во время полярных сияний, могут нанести вред астронавтам в космосе. Они также могут изменять траектории орбитальных спутников, увеличивая вероятность столкновений между тысячами объектов на орбите Земли. Лучшее понимание того, когда и где появляются полярные сияния, может помочь ученым лучше предсказать пути без столкновений.
В редких случаях полюса магнитного поля Солнца идеально совпадают с полюсами Земли. Но большую часть времени солнце и полюса Земли перекошены, создавая форму домашней мухи с кривым хвостом. Колеблющийся солнечный ветер «виляет» хвостом, ломая и реформируя его полевые линии—события, называемые переподключениями.
Ученые считали, что переподключения смещают одно полярное сияние относительно другого. Но ученые из Университета Бергена в Норвегии протестировали эту идею и обнаружили, что она неверна. Они обнаружили еще один эффект, ответственный за авроральные различия: солнечное магнитное поле сжимает магнитное поле Земли неоднородными способами. Они создают всплеск дополнительных заряженных частиц в хвосте, что может отменить эффекты неравномерного сжатия, устраняя несоответствие.
Группа ученых изучила снимки 10 пар полярных сияний, сделанные космическими аппаратами. Эти сияния одновременно наблюдались в Северном и Южном полушариях в период 2001-2005 годов. Полярные сияния начинались в асимметричных точках земного шара. Но по мере того, как световые дисплеи продолжались, их позиции смещались, становясь более симметричными.
Сопоставляя эти наблюдения с активностью в магнитном хвосте Земли, ученые обнаружили, что события повторного соединения совпадают со снижением асимметрии полярного сияния. Моделирование и наблюдения показывают, что неравномерное сжатие в Северном и Южном полушариях искажает полевые линии Земли и перемещает полярные сияния.
Интенсивное солнечное излучение всплесков, которые происходят во время суббури и полярные сияния могут нанести вред астронавтам в космосе и изменять траектории орбитальных спутников. Ученые не могут точно предсказать, где и какая наступит космическая погода. Но, по крайней мере, ученые разгадали одну яркую и потрясающе красивую тайну ночного неба.
