Почти всеки е чувал или е виждал Северното сияние на снимки. Някои дори са имали късмета да го видят от първа ръка. Но много хора не знаят как се образува или защо.
Северното сияние започва с флуоресцентно сияние на хоризонта . След това то избледнява и се появява осветена дъга, понякога затваряща се в много ярък кръг. Но как се образува и с какво е свързана неговата активност?
Образуване на Северното сияние
Формирането на Северното сияние е свързано със слънчевата активност и състава и характеристиките на земната атмосфера. За да разберем по-добре това явление, е интересно да прочетем за космическите урагани и как те влияят върху генерирането на Северното сияние.
Северното сияние може да се наблюдава в кръгла област над земните полюси. Но откъде идва? То идва от Слънцето. Има бомбардиране от субатомни частици от Слънцето, образувани по време на слънчеви бури. Тези частици варират от виолетово до червено. Слънчевият вятър променя частиците и когато срещнат магнитното поле на Земята, те се отклоняват и само част от сиянието е видимо на полюсите.
Електроните, които съставляват слънчевата радиация, произвеждат спектрално излъчване, когато достигнат газовите молекули в магнитосферата, частта от земната атмосфера, която предпазва планетата от слънчевия вятър. Това причинява възбуждане на атомно ниво, което води до луминесценция. Тази луминесценция се разпространява по небето, създавайки зрелищна гледка на природата.
Изследвания на Северното сияние
Провеждат се проучвания за изследване на Северното сияние по време на периоди на слънчев вятър. Това е така, защото, въпреки че е известно, че слънчевите бури имат приблизителен 11-годишен цикъл , е невъзможно да се предвиди кога ще се появи северно сияние. За всеки, който иска да види Северното сияние, това е истинско разочарование. Пътуването до полюсите не е евтино, а пропускането на северното сияние е изключително обезсърчително. Освен това, за тези, които не могат да пътуват далеч, може да бъде полезно да знаят за явленията на Северното сияние в Испания .
За да разберем как се образува Северното сияние, е важно да познаваме двата ключови елемента, участващи в неговото създаване: слънчевият вятър и магнитосферата. Слънчевият вятър е поток от електрически заредени частици, главно електрони и протони, излъчвани от слънчевата корона. Тези частици се движат с впечатляващи скорости , които могат да достигнат до 1000 км/с, и се пренасят от слънчевия вятър в междупланетното пространство.
Магнитосферата от своя страна действа като щит, който предпазва Земята от повечето частици в слънчевия вятър. Въпреки това, в полярните региони магнитното поле на Земята е по-слабо, което позволява на някои частици да проникнат в атмосферата. Това взаимодействие е най-интензивно по време на геомагнитни бури, когато слънчевият вятър е най-силен и може да причини смущения в магнитосферата.
Взаимодействие на частиците със земната атмосфера
Когато заредените частици от слънчевия вятър проникнат в земната атмосфера, те взаимодействат с атомите и молекулите, присъстващи там, предимно кислород и азот. Този процес на взаимодействие е това, което поражда северното сияние, генерирайки цветовете и формите, които наблюдаваме в небето. Слънчевите частици предават енергия на атомите и молекулите в атмосферата, възбуждайки ги и повишавайки ги до по-високо енергийно състояние.
След като атомите и молекулите достигнат това възбудено състояние, те са склонни да се върнат в основното си състояние, освобождавайки допълнителната енергия като светлина. Този процес на излъчване на светлина е това, което произвежда характерните цветове на северното сияние. Дължината на вълната на излъчената светлина зависи от вида на участващия атом или молекула и от енергийното ниво, достигнато по време на взаимодействието, което може да бъде допълнително изследвано в слоевете на земната атмосфера.
Кислородът е отговорен за двата основни цвята на северното сияние. Зелено-жълтият цвят се получава при енергийна дължина на вълната от 557,7 nm , докато по-червеният, лилав цвят се получава при по-рядко срещана дължина на вълната при тези явления - 630,0 nm . По-конкретно, на възбуден кислороден атом му отнема почти две минути, за да излъчи червен фотон, и ако един атом се сблъска с друг през това време, процесът може да бъде прекъснат или прекратен. Следователно, когато виждаме червени сияния, те най-вероятно се появяват в горните нива на йоносферата, приблизително на 240 километра надморска височина, където има по-малко кислородни атоми, които да си взаимодействат.
Цветове и газове: кислород и азот
Цветовете на Северното сияние са резултат от взаимодействието на слънчевите частици с различни газове в земната атмосфера. Кислородът и азотът са основно отговорни за разнообразието от нюанси, които наблюдаваме в небето по време на северно сияние. Когато е възбуден от слънчеви частици, кислородът може да излъчва зелена или червена светлина, в зависимост от надморската височина, на която се осъществява взаимодействието. На по-ниски височини, около 100 километра, кислородът излъчва зелена светлина, докато на по-високи височини, около 200 километра, излъчва червена светлина. За по-пълно разбиране на това явление се препоръчва да прочетете за студа в ясни нощи , когато тези сияния са най-видими.
Азотът, от своя страна, допринася за синкавите и лилавите нюанси на Северното сияние. Когато слънчевите частици възбуждат азотните молекули, те могат да излъчват синя или лилава светлина , създавайки контраст с цветовете, произвеждани от кислорода. Комбинацията от тези цветове поражда спиращите дъха многоцветни сияния, които осветяват нощното небе в полярните региони.
Цветовете на северното сияние
Въпреки че Северното сияние обикновено се свързва с яркозелен цвят, то всъщност може да показва най-различни цветове. Зеленото е най-често срещаното поради възбуждането на кислородните атоми на височина около 100 километра. На различна надморска височина и с различни видове газове обаче могат да се появят и други цветове.
- Зелен цвят: получава се от възбуждането на кислород на 100 km надморска височина.
- Червен цвят: генерира се от кислород на по-висока надморска височина, около 200 км.
- Син цвят: причинен от взаимодействието на слънчеви частици с азот.
- Пурпурен цвят: също резултат от възбуждане с азот, което добавя контраст към зелените и червените светлини.
Полярни сияния на други планети
Полярните сияния не са уникални само за Земята. Благодарение на наблюденията, направени от космическия телескоп Хъбъл и космическите сонди, успяхме да открием полярни сияния и на други планети в Слънчевата система, като Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Въпреки че основният механизъм за образуване на полярните сияния е подобен на всички тези планети, има забележителни разлики в техния произход и характеристики. За да разберем по-добре тези разлики, можем да изследваме зрелищни метеорологични явления.
На Сатурн полярните сияния са подобни на тези на Земята по отношение на техния произход, тъй като те също са резултат от взаимодействието между слънчевия вятър и магнитното поле на планетата. При Юпитер обаче процесът се различава поради влиянието на плазмата, произведена от луната Йо, което допринася за образуването на интензивни и сложни полярни сияния. Тези разлики правят изследването на полярните сияния на други планети завладяваща област на изследване, което ни позволява да разберем по-добре физическите процеси, протичащи в Слънчевата система.
Полярните сияния на Уран и Нептун също имат отличителни характеристики, дължащи се на наклона на техните магнитни оси и състава на техните атмосфери. Тези различия в структурата и динамиката на магнитните полета на тези планети влияят върху формата и поведението на полярните сияния, като предлагат възможност да се изследва как тези явления се променят в различни планетарни среди.
Освен това, полярни сияния са били открити на някои от спътниците на Юпитер, като Европа и Ганимед, което предполага наличието на сложни магнитни процеси върху тези небесни тела. Всъщност, полярни сияния са били наблюдавани на Марс от космическия апарат Mars Express по време на наблюдения, направени през 2004 г. Марс няма магнитно поле, аналогично на земното, но притежава локални полета, свързани с неговата кора, които са отговорни за полярните сияния на тази планета.
Това явление е наблюдавано наскоро и на Слънцето; това са полярни сияния, създадени от електрони, ускоряващи се през слънчево петно на повърхността. Има доказателства за полярни сияния и на други звезди. Това подчертава значението на полярните сияния извън нашата планета, тъй като те предоставят жизненоважна информация за магнитните полета и атмосферите на други небесни тела.
Наблюдение на северното сияние
Наблюдението на Северното сияние е незабравимо преживяване, макар че изисква планиране и търпение. За да увеличите шансовете си да го видите, е важно да изберете правилното време и място . Между средата на август и април нощите са по-дълги и по-тъмни в полярните региони, което увеличава вероятността да станете свидетели на това явление. Заинтересованите е полезно да проучат Кируна, градът на Северното сияние.
Най-добрите региони за наблюдение на Северното сияние включват Норвегия, Исландия, Финландия, Швеция, Канада и Аляска, където ясното небе и благоприятните метеорологични условия създават перфектното зрелище. Препоръчително е да търсите места далеч от градовете , за да избегнете светлинното замърсяване и да се насладите на по-добра гледка. Ако искате да научите повече, разгледайте зрелищната буря Северно сияние в Канада.
Освен това е изключително важно да се подготвите за студа и да носите подходящо облекло за ниските температури. Търпението играе важна роля, тъй като полярните сияния могат да се появят и да изчезнат бързо. Да бъдете информирани за прогнозите за геомагнитната активност и да разполагате с подходяща камера помагат да заснемете това явление в цялото му великолепие.
Въпреки това изменението на климата също започна да влияе върху видимостта на полярните сияния. Повишаването на температурите и топенето на полярен лед може да повлияе на плътността и състава на атмосферата, потенциално променяйки начина, по който полярните сияния се виждат от повърхността на Земята. Освен това нарастващото светлинно замърсяване в градските райони затруднява разглеждането на този природен феномен, което налага пътуването до отдалечени райони, за да се насладите напълно на изживяването.
Северното сияние напомня за величието и сложността на нашата вселена. Докато напредваме в разбирането си за тези явления, се отварят редица възможности за изследване на тяхната очарователна красота и физическите процеси зад тях.
