Еще Михаил Ломоносов догадался об электрической природе полярных сияний.
Более поздние исследования других ученых
подтвердили его догадку. Полые трубки наполнялись азотом, кислородом,
неоном, аргоном и другими разреженными газами. Затем через эти трубки
пропускали электрический ток. В результате взаимодействия с
электричеством газы начинали светиться (люминесцировать) каждый своим
цветом.
Каждый из нас знаком с люминесцентными
лампами, неоновыми вывесками. Так что, можно сказать, что мы наблюдаем в
обычной жизни искусственные мини-северные сияния.
Когда бывает северное (полярное) сияние? Когда оно возникает?
Также путем многолетних наблюдений была
установлена тесная взаимосвязь между солнечной активностью и
возникновением полярных сияний. Как только на Солнце происходит взрыв, к
Земле устремляется поток заряженных частиц, так называемый «солнечный
ветер».
При достижении Земли происходит
столкновение частиц солнечного ветра с атмосферой. В результате атомы и
молекулы газов возбуждаются и начинают излучать свет (вспомним опыт с
полыми трубками). Таким образом и возникает полярное сияние.
Но почему же полярные сияния возникают только на полюсах? Это связано с магнитным полем Земли.
Приблизившись к планете, заряженные частицы солнечного ветра не могут
бомбардировать ее атмосферу там, где им вздумается. Еще задолго до
того, как солнечный ветер достигнет атмосферы, он захватывается
магнитным полем Земли и продолжает свое движение уже вдоль ее силовых
линий по направлению к магнитным полюсам.
Ну, а при достижении полюсов звездным
гостям уже ничто не мешает дружно «съехать» вниз по дугам силовых линий и
устроить на Земле световое шоу продолжительностью от нескольких часов
до нескольких суток.
Искусственные северные (полярные) сияния в лабораторных условиях.
В исследовательском центре НАСА Лэнгли в
Хамптоне, Вирджиния, создано устройство, с помощью которого можно
увидеть, как возникает северное сияние и более подробно изучить природу
полярных сияний. Устройство получило название Planeterrella.
Planeterrella является усовершенствованным продолжением эксперимента 19
века под названием Terrella, в котором ученые вызывали свечение
заряженных частиц при взаимодействии с магнитными полями.
Внутри установки смоделирована атмосфера Земли
на высоте 80 км – магнитное поле, поток заряженных частиц и аналогичный
состав разреженного воздуха. «Единственная разница заключается в том,
что заряженные частицы не прибывают от Солнца, а создаются искусственным
путем" - рассказывает Гийом Гронофф (Guillaume Gronoff), ученый НАСА,
руководящий созданием установки Planeterrella.
С помощью установки Planeterrella можно
воссоздать северные сияния, возникающие не только в атмосфере Земли, но и
в атмосферах других планет. "Используя наше устройство, мы можем
моделировать ситуацию, когда Ио, спутник Юпитера, отражает частицы в
сторону Юпитер. Мы можем моделировать аналоги северных сияний,
происходящих на Нептуне, Уране во время особой ориентации магнитных
полюсов этих планет" - рассказывает Гронофф.
Смоделированные в лабораторных условиях
искусственные северные сияния позволяют изучать это явление, возникающее
и в весьма специфических условиях. "Эти исследования, производимые с
помощью установки Planeterrella, позволят нам создать и изучить аналоги
северных сияний весьма экзотических видов, такие, как сияния на Марсе, у
которого нет общего магнитного поля, но есть области, создающие над
поверхностью этой планеты локальные магнитные поля" - объясняет Гронофф.
Искусственные северные (полярные) сияния в естественных условиях.
Свидетельством того, что природа
северного сияния изучена уже достаточно хорошо, является тот факт, что
ученые смогли воспроизвести искусственные северные (полярные) сияния в
естественных условиях. Это было в 1985 году в рамках совместного
российско-французского эксперимента под названием «Аракс».
Суть эксперимента заключалась в следующем.
Были выбраны две магнито-сопряженные (т.е. лежащие на одной силовой
линии) точки на поверхности Земли. Для южного полушария это был остров
Кергелен в Индийском океане. Точкой северного полушария стал поселок
Согра Архангельской области. Затем с Кергелена в сторону Согры была
пущена геофизическая ракета с ускорителем частиц на борту. На
определенной высоте она создала поток электронов, которые, проникнув в
Северное полушарие, вызвали северное сияние над Согрой.
Однако, несмотря на удавшийся опыт и многие раскрытые секреты северных
сияний, это атмосферное явление таит в себе еще много вопросов. Какова
взаимосвязь полярных сияний и погоды? Как воздействует интенсивность
полярных излучений на здоровье человека? Какие изменения вызывают
заряженные частицы солнечного ветра в ионосфере, магнитосфере Земли? На
эти и ряд других вопросов ученым еще только предстоит найти ответы.
