Яскравість та колір полярних сяйв

Яскраві сполохи полярних сяйв здатні заворожувати своєю красою та насиченою кольоровою гамою. За цим процесом ховається простий фізичний ефект.

Минулого тижня ми повідомляли про спостереження полярного сяйва з території Волинської області під час потужної геомагнітної бурі. На фотографії було помітно слабке світіння червоного відтінку. У цей же час у багатьох приполярних регіонах небо палахкотіло яскравими фарбами – від смарагдово зеленого до пурпурового та фіолетового. Чим же викликано таке різноманіття відтінків? Давайте розумітися.

Полярні сяйва, вони ж Північні чи Південні залежно від того, біля якого полюса знаходиться спостерігач, є результатом взаємодії сонячного вітру, магнітного поля Землі та верхніх шарів атмосфери нашої планети. Сонячний вітер, що складається переважно з високоенергетичних електронів, протонів і ядер гелію (альфа-частинок), дме весь час і в усіх напрямках від Сонця. Його швидкість у середньому близько земної орбіти становить 500 км/сек, а густина близько 5 частинок на кубічний сантиметр. Коли потік сонячного вітру (викиду корональних мас) досягає магнітосфери Землі, то заряджені частинки починають рухатися магнітними лініями нашої планети, які сходяться в приполярних регіонах. Саме туди й прямують частинки. З цієї причини дані сяйва і називаються полярними - їх найчастіше видно в приполярних регіонах (у межах так званих, авроральних овалів, які розташовуються навколо геомагнітних полюсів планети).

Потрапляючи в земну атмосферу, частки сонячного вітру вдаряють по молекулам та атомам нашого повітря. Як відомо, повітря складається з азоту та кисню (домішками інших газів, таких як аргон, водень та гелій можна знехтувати, оскільки їх вміст сумарно становить менше 1%). Ці молекули збуджуються (тобто набувають додаткову енергію) і потім досить швидко (протягом секунди) віддають її у вигляді випромінювання строго певної довжини хвилі (смужки в спектрі, строго певного кольору), див. на схемі. З представленої гістограми видно, що більшість світіння припадає на червоний, зелений і фіолетовий. Це від того, на якій висоті відбувається взаємодія сонячного вітру з частками повітря, і навіть від хімічного складу (молекула чи атом). Тому можна всі структури кольорів класифікувати в наступному порядку:

• Червоний - свічення атомарного кисню (О) на висотах 170 - 400 км (рідше до 600 км) на довжинах хвиль 630 і 636,4 нм. Також червоний колір меншою мірою дає свічення атомів водню, які часто зустрічаються у верхніх шарах атмосфери. Червоне світіння зазвичай досить тьмяне та дифузне (з розмитими формами).