Полярное сияние

На обоих полюсах нашей планеты, в высоких, а иногда и в средних широтах можно наблюдать удивительные по своей красоте атмосферные явления — полярные сияния. Появляющиеся в ясном небе разноцветные яркие полосы с древнейших времен восхищали и завораживали людей, что нашло отражение в культуре и мифологии самых разных народов мира. Попытки научного объяснения этого феномена предпринимались еще в XVII веке, и к сегодняшнему дню ученым удалось достаточно подробно изучить и описать природу данного явления. Сегодня мы узнаем, что представляют собой полярные сияния, где и как их лучше всего наблюдать, а также погрузимся в историю исследований этих ярких небесных свечений.

Что такое полярное сияние: природа явления

Полярное сияние — это естественное свечение, которое возникает из-за взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой нашей планеты. Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц: электронов, протонов и ядер гелия (альфа-частиц). Этот поток постоянно исходит из одного из внешних слоев Солнца, его короны. На скорости от 300 до 750 км/с уже достаточно остывшие (с 2 млн до 10 000 – 1 млн °C) частицы коронального вещества достигают околоземного пространства, и многие из них пересекаются с траекторией движения Земли.

В обычных условиях атмосфера нашей планеты не устояла бы под натиском солнечного ветра и была бы выброшена в космическое пространство. Однако Земля надежно защищена от подобного катаклизма, так как имеет магнитосферу. Исходящие от Солнца заряженные частицы встречаются с магнитным полем планеты и начинают двигаться вдоль его силовых линий. На Северном и Южном полюсах силовые линии сходятся примерно в одном месте, и солнечный ветер достигает термосферы — одного из верхних слоев атмосферы, расположенного на высоте 80 – 600 километров относительно поверхности.

В термосфере электроны, протоны и альфа-частицы взаимодействуют с молекулами воздуха, которые пусть и достаточно редко, но все же встречаются на такой высоте. В процессе ионизации, то есть передачи атомам кислорода и азота электрического заряда, высвобождается энергия. Атомы переходят в так называемое возбужденное состояние и начинают излучать фотоны — элементарные частицы света. Таким образом, мы можем наблюдать полярные сияния.

Лучшие места для наблюдения полярного сияния в мире: страны и локации

Во время высокой солнечной активности сияния одновременно формируются над обоими полюсами Земли, однако из-за разницы во временах года на разных полушариях (полярный день и полярная ночь) наблюдать с поверхности можно только одно из них. Из-за особенностей расположения континентов людям значительно чаще удается наблюдать северные полярные сияния, но любоваться ярким свечением можно и в южных широтах нашей планеты. Сейчас мы рассмотрим лучшие места, в которые можно съездить, чтобы лично увидеть полярное сияние.

В Северном полушарии

• Россия. Заполярье занимает примерно пятую часть площади нашей страны, что обеспечивает обширный выбор мест для наблюдений. Из-за относительно хорошей транспортной доступности путешественники часто выбирают Кольский полуостров. Более того, температура воздуха в Мурманской области обычно комфортнее, чем в других подходящих для наблюдения регионах. Однако это далеко не единственный российский регион, пригодный для наблюдений. Увидеть северное сияние можно и в других регионах. В европейской части России это Архангельская область, а за Уралом — Ямало-Ненецкий автономный округ, Чукотка и север Якутии. В 2024-м году северное сияние могли наблюдать жители Московской, Тверской, Ярославской, Ленинградской и Нижегородской областей. Но подобные явления довольно редкие и их сложно предсказать. Хотя скорее всего подобные явления будут происходить и в этом году, так как активность Солнца пока не уменьшается.

• Северная Европа. Северные регионы всех скандинавских стран (Швеции, Норвегии, Дании), а также Финляндия и Исландия отлично подходят для наблюдений. Но чтобы получить особенно яркие впечатления, лучше всего выбрать местность за Полярным кругом (Тромсё в Норвегии, Абиску в Швеции или Лапландию в Финляндии). В Исландии одним из лучших мест считается национальный парк Тенгвеллир, где на границе Евразийской и Северо-Американской литосферных плит образованы многочисленные расщелины и скалы.
• США. Наиболее благоприятным для наблюдений штатом Америки является Аляска. На территории обширных национальных парков и заповедников встречаются небольшие коттеджные поселки с достаточно комфортной инфраструктурой. Иногда полярное сияние можно увидеть на Верхнем полуострове Мичигана, в северной части одноименного штата.
• Канада. Почти половина территории страны находится в арктической зоне, благодаря чему у «охотников» за северными сияниями есть хороший выбор локаций. Самой популярной из них считаются окрестности Йеллоунайфа — восхитительные виды на берегу Большого Невольничьего озера добавляют свечению зрелищности. Желающим полюбоваться горными вершинами лучше отправиться в Уайтхорс — небольшой городок на берегу реки Юкон.

В Южном полушарии

• Новая Зеландия. Самая южная страна Океании привлекает множество туристов, желающих увидеть полярное сияние. Именно здесь можно увидеть красное или розоватое свечение в достаточно редких дугообразных формах. Чтобы получить незабываемые впечатления, можно отправиться на остров Стьюарт, население которого составляет немногим более 400 человек при площади 1 750 км².
• Австралия. На «перевернутом континенте» насладиться полярным сиянием бывает затруднительно из-за светового загрязнения от крупных городов и достаточно большой удаленности от полюса. Поэтому лучше всего покинуть континентальную часть страны и отправиться в штат Тасмания. Помимо основного административного центра Хобарт наблюдать сияние можно на уединенных небольших островах: Кинг, Флиндерс и Кейп-Баррен.

• Огненная земля. Архипелаг в Южной Америке, состоящий из порядка 40 000 небольших островов, расположен между Атлантическим и Тихим Океаном и находится на территории Аргентины и Чили. В предгорьях Анд, вдали от крупных городов региона, можно любоваться южным сиянием на фоне горных хребтов и бескрайнего океана.
• Антарктида. Конечно, добраться до Антарктиды непросто. С недавнего времени на континент ходят круизные лайнеры и летают нерегулярные авиарейсы из ЮАР, Чили и Австралии, однако стоимость такого путешествия очень высока. Помимо сложного транспортного сообщения и максимально некомфортных условий проживания нужно учитывать, что температура в летние месяцы (когда в Южном полушарии зима) нередко достигает -65 °C. Однако мало что может сравниться с видом на полярное сияние непосредственно с Южного полюса.

Как подготовиться к наблюдению северного сияния

Так как для жителей России значительно проще увидеть северное сияние, мы поговорим об основных правилах подготовки именно к нему. Для этого не понадобится какое-либо оборудование или специальная профессиональная подготовка. Нужно только желание и возможность добраться до приполярных регионов. Отправляясь в путешествие для наблюдения северного сияния, вы можете воспользоваться следующими советами:

• сезон северных сияний длится с конца августа по середину апреля. С высокой вероятностью их можно увидеть во время весеннего и осеннего равноденствия, когда температура воздуха остается относительно комфортной. При планировании поездки изучите прогноз погоды в разных регионах. Даже небольшая облачность может полностью перекрыть сияние;
• еще одной существенной помехой к наблюдению за северным сиянием является световое загрязнение. Вблизи освещенных городов и поселков увидеть его гораздо сложнее, чем вдали от цивилизации. Кроме того, полярное сияние будет значительно ярче во время новолуния, растущей или убывающей Луны;
• в зимние месяцы температура в арктических зонах может опускаться до -30 и даже -40 °C, поэтому обязательным условием является теплая одежда. Ожидать появление сияния можно от одного до нескольких часов, поэтому без многослойной одежды можно попросту не дождаться заветного зрелища и уехать ни с чем;

• фото- и видеоаппаратура, а также смартфоны и другая персональная техника не рассчитаны на работу во время сильных морозов. Для устройств лучше всего подготовить утепленные чехлы и не доставать их, пока сияние не появится на небе;

• с большой долей вероятности вы поедете смотреть полярное сияние в глухую местность, где не будет магазинов и кафе. Поэтому небольшой перекус и термосы с горячим чаем помогут скрасить ожидание. Настоятельно не рекомендуется употреблять алкоголь, так это повышает риск замерзнуть и снижает бдительность, которую всегда нужно сохранять в дикой природе.

Как увеличить шансы увидеть полярное сияние

Чтобы увеличить вероятность увидеть северное сияние, можно воспользоваться одним из приложений или интернет-сервисов, которые предоставляют прогнозы его появления. Но обратите внимание, что системы оповещения могут дать относительно точный прогноз не больше чем на три дня. Кроме того, многие путешественники рассказывают о ситуациях, когда сервисы сообщали о нулевой вероятности сияния, однако ночью небо окрашивалось в невероятно яркие цвета. Поэтому, если на улице хорошая безоблачная погода, разумным решением будет рискнуть и постараться «поймать» полярное сияние.

Еще одним способом для увеличения шансов является непосредственный мониторинг солнечной активности. Ряд сервисов (лаборатория ИКИ РАН, SpaceWeatherLive, Meteoweb) в реальном времени отслеживают количество солнечных пятен и последующих вспышек на Солнце. Резкий рост их количества свидетельствует об усилении солнечного ветра. Это означает, что спустя 2-3 дня, когда частицы достигнут Земли и начнется очередная геомагнитная буря, шанс увидеть полярное сияние будет выше.

Полярное сияние в культуре и мифологии

Есть версия, что самое раннее изображение полярного сияния сделали кроманьонцы (ранние представители Homo sapiens в Европе) 32 000 лет назад. Возможно, во время аномально высокой солнечной активности они наблюдали явление на севере Испании и постарались отобразить его на стене одной из пещер Кантабрии.

Одно из самых ранних подтвержденных упоминаний о полярном сиянии датировано IV веком до нашей эры. Оно содержится в «Бамбуковых анналах» — серии текстов, описывающих хронику событий Древнего Китая. В документе описывается полярное сияние, которое наблюдалось в 977 или 957 году до нашей эры. Автор описал его как «пятицветный свет», долгое время наблюдавшийся на севере в ночном небе.

В японском фольклоре VII – VI веков до нашей эры часто упоминаются огромные красные хвосты фазанов, возникающие в небе. По одной из версий, так древние японцы описывали полярные сияния. В культуре страны фазаны традиционно считались небесными посланниками, сообщавшими о важных грядущих событиях.

Австралийские аборигены, которые могли наблюдать южные сияния в I – VII веке нашей эры, интерпретировали их по-разному, но неизменно ассоциировали с огнем. Например, народ гундитджмара считал сияния небесными пепелищами, гунаи — лесными пожарами в мире духов, а нгарринджери — кострами в царстве мертвых (такого же мнения придерживались и маори, заселявшие Новую Зеландию с начала 800-го года).

В скандинавских мифах северные сияния зачастую называли доспехами валькирий — великих воительниц, которые взлетали над полем битвы и решали, кому из воинов суждено выжить, а кому — отправиться пировать в Вальхаллу. Кроме того, викинги считали, что разноцветное сияние представляет собой Биврест — мост, соединяющий все существующие миры с Асгардом (небесной крепостью верховных богов, асов).

Научные исследования полярного сияния

Научные названия для полярных сияний — Aurora borealis (северное) и Aurora australis (южное) — предложил Галилео Галилей в 1619-м году. В римской мифологии Аврора была богиней зари, а Борей и Австер покровительствовали северному и южному ветру соответственно. Изобретатель телескопа ошибочно считал, что свечение вызвано отражением солнечного света от земной атмосферы, и не придавал ему особенного значения.

Это мнение оставалось общепринятым до середины XVIII века. В 1741-м году шведские астрономы Андерс Цельсий и Олоф Хиортер наблюдали, как стрелка компаса начала ритмично двигаться во время яркого полярного сияния. Ученые предположили, что его вызывают магнитные бури. В 1778-м году Бенджамин Франклин предложил собственную гипотезу, согласно которой свечение возникает из-за повышенной концентрации электрических зарядов вокруг полюсов.

Современное понимание природы полярных сияний начало формироваться в 1859-м году. Тогда английский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал за солнечными пятнами и вдруг зафиксировал две ослепительно яркие вспышки. Спустя несколько дней разноцветные огни в ночном небе могли наблюдать не только в северных и умеренных широтах, но и в тропиках. Так ученым удалось связать солнечную активность с полярными сияниями. В начале XX века норвежский физик и изобретатель Кристиан Биркеланд заложил основы геомагнетизма и представил описание полярных сияний, максимально приближенное к современному.

Полярное сияние и магнитные бури

Магнитная буря — это возмущение магнитосферы, вызванное мощным потоком солнечного ветра. Частота и активность магнитных бурь связана с 11-летними циклами солнечной активности, в течение которых она достигает своего максимума и минимума. Полярные сияния возникают во время магнитных бурь, но могут появляться и при относительно слабых возмущениях магнитного поля, которые не классифицируются как бури. Сильные магнитные бури вызывают резкие скачки напряжения в электрических сетях, а потому представляют для них угрозу. Например, во время ранее упомянутой вспышки 1859-го года из строя вышла почти вся телеграфная сеть США. А в 1989-м году из-за магнитной бури было нарушено энергоснабжение в Канаде. В тот год северное сияние можно было наблюдать даже на юге Техаса.

Влияние полярного сияния на здоровье и настроение

На сегодняшний день не подтверждено, что полярные сияния оказывают прямое влияние на здоровье человека. Однако человек может получить повреждение, если вблизи находится устройство, перегруженное из-за магнитной бури. Например, вышедший из строя трансформатор может взорваться и нанести серьезные травмы находящимся поблизости людям. Повышенному риску подвержены и находящиеся на орбите космонавты, которых не защищает магнитосфера Земли. Воздействие сильного солнечного ветра может привести к радиационному отравлению с печальными последствиями. Если же говорить о настроении, наблюдение за полярным сиянием, как правило, его поднимает, ведь это одно из самых захватывающих атмосферных явлений.

Есть ли полярное сияние на других планетах Солнечной системы?

Полярные сияния наблюдаются не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы. На Сатурне, магнитное поле которого в 14 раз сильнее земного, масштабные и невероятно яркие сияния формируются на высоте 1 200 километров над условной поверхностью планеты. Отдельного упоминания заслуживают полярные сияния на Юпитере. Его магнитосфера захватывает как солнечный ветер, так и выбросы плазмы с вулканически активного спутника Ио. Свечение зачастую полностью опоясывает планету и приобретает причудливые формы из-за магнитного взаимодействия с Ио.

У Венеры нет магнитного поля, однако на ней также иногда возникают сияния. Их нельзя назвать полярными, так как солнечный ветер, встречаясь с невероятно плотной атмосферой планеты, провоцирует появление причудливых ярких пятен в самых разных ее областях. Марс имеет слабое магнитное поле и очень разреженную атмосферу, что не способствует появлению сияний. Но в 2004-м году орбитальный аппарат «Марс Экспресс» зафиксировал слабое свечение неподалеку от южного полюса Красной планеты. Дальнейшие исследования показали, что оно было вызвано воздействием солнечного ветра на силовые линии магнитного поля.

Топ-5 фактов о полярном сиянии

• Полярные сияния могут быть самых разных цветов. Это зависит от структуры газов, с которыми взаимодействуют заряженные частицы. Кислород, сконцентрированный на высоте 150 – 400 километров, излучает красный, желтый и зеленый цвета. В нижней части термосферы (100 – 150 километров над поверхностью) возрастает концентрация азота, что приводит к синему и фиолетовому свечению. При сочетании газов и наличии примесей полярное сияние иногда приобретает желтые и розовые оттенки.
• Конвективные процессы в ядре Земли, которые отвечают за формирование магнитного поля, неоднородны. Из-за этого полюса постоянно смещаются то в одну, то в другую сторону. В настоящее время Северный полюс нашей планеты находится в относительной близости от Сибири, благодаря чему жители умеренных широт России иногда также могут наблюдать северные сияния.
• Для изучения полярных сияний ученые могут создавать их искусственно. Для этого в верхние слои атмосферы запускают ракету со специальным устройством, способным генерировать мощные электрические импульсы. Иногда для этих же целей используют излучатели, которые находятся на поверхности Земли.
• К концу 2025-го года Солнце должно достигнуть пика в рамках 11-летнего цикла активности. По прогнозам ученых, это приведет к серии особенно ярких полярных сияний, которые временами будут видны на значительном отдалении от Полярного круга.
• Мы уже упомянули о том, что влияние магнитных бурь на человека почти не изучено. Однако возмущения магнитосферы, сопровождающиеся интенсивными полярными сияниями, точно воздействуют на животных. Некоторые виды рыб, птиц и пчел обладают магниторецепцией — они чувствуют магнитное поле Земли, используя его для ориентации в пространстве и навигации.

Вопрос-ответ

Что такое полярное сияние?

Полярное сияние — это свечение атмосферы, которое чаще всего возникает на обоих полюсах и в прилегающих к ним областях.

Опасно ли северное сияние?

Северное сияние с высокой долей вероятности не влияет на здоровье человека. Однако сопровождающие его сильные магнитные бури могут нанести ущерб электрическим сетям, спровоцировав скачок напряжения.

Как образуется полярное сияние?

Полярное сияние образуется из-за того, что потоки заряженных частиц, исходящих от Солнца, встречаются с атомами газов в верхних слоях атмосферы Земли. В процессе ионизации возникает свечение разных цветов.

Как происходит полярное сияние?

Полярное сияние может происходить в виде отчетливых линий, расплывчатых туманностей или дугообразных структур.

Изображение на обложке: Freepik