Северное сияние: природа и наблюдение¶

Северное сияние (аврора бореалис, полярное сияние) — оптическое явление в верхних слоях атмосферы, представляющее собой свечение разреженных газов под воздействием потоков заряженных частиц солнечного ветра, вторгающихся в магнитосферу Земли вдоль силовых линий геомагнитного поля. Наблюдается преимущественно в высоких широтах обоих полушарий; в Северном полушарии носит название «бореалис» (от греч. Boreas — северный ветер и лат. australis, в данном случае — северный), в Южном — «аустралис».

¶Физическая природа явления

Свечение возникает на высотах примерно от 90 до 400 км, в термосфере и нижней экзосфере. Источник энергии — Солнце: его корональные выбросы и солнечный ветер несут потоки электронов и протонов. Магнитное поле Земли отклоняет большую часть частиц, но вблизи полюсов силовые линии «открыты» и направляют их в атмосферу. Сталкиваясь с атомами кислорода и азота, частицы возбуждают их, а те, возвращаясь в основное состояние, испускают фотоны определённых длин волн.

Цвет свечения зависит от химического элемента и высоты:

Наиболее характерный зелёный оттенок (линия 557,7 нм) даёт кислород — самый распространённый компонент на этих высотах.

¶Формы и классификация

Международная классификация выделяет несколько типов авроральных форм:

• Дуга — однородная полоса, вытянутая вдоль широты.
• Полоса — дуга с развитой складчатой структурой.
• Спираль — закрученная форма, напоминающая вихрь.
• Корона — свечение в зените, наблюдаемое при взгляде вдоль силовой линии.
• Диффузное пятно — размытое пульсирующее свечение.

Активность описывают с помощью индексов: Kp (планетарный, 0–9), а также AE, Dst и других. Чем выше Kp, тем южнее смещается овал сияния. При экстремальных бурях (Kp 8–9) явление регистрировалось в средних широтах, в том числе на территории России — в Москве, Казани, Екатеринбурге.

¶Связь с солнечной активностью

Частота и сила сияний следуют 11-летнему циклу солнечной активности. В максимуме цикла число пятен и вспышек растёт, а вместе с ними — вероятность геомагнитных бурь. Крупнейшие зафиксированные события — геомагнитная буря 1859 года (событие Кэррингтона) и буря мая 2024 года, вызвавшая сияния в нетипично низких широтах. Прогнозы основываются на данных спутников и наземных магнитометров; заблаговременность обычно составляет от десятков минут до нескольких суток.

¶Наблюдение в России

Территория России располагает обширными зонами, где сияние видно регулярно:

• Мурманская область, Кольский полуостров;
• Архангельская область, Ненецкий автономный округ;
• Республика Карелия, Коми;
• Ямало-Ненецкий и Ханты-Мансийский автономные округа;
• Красноярский край (Норильск, Таймыр);
• Якутия, Чукотка, Магаданская область.

Оптимальные условия — ясная безлунная ночь, отсутствие городской засветки, наблюдение в направлении северного горизонта. Сезон в высоких широтах длится с сентября по март, при этом пики приходятся на равноденствия. В Мурманске и Териберке сияние наблюдается в среднем 100–200 ночей в году. В средних широтах шансы появляются лишь при сильных бурях.

¶История изучения

Первые письменные упоминания встречаются в античных и древнескандинавских источниках, а также в русских летописях, где «небесные знамения» нередко трактовались как предзнаменования. Научный подход сформировался в XVIII–XIX веках: Михаил Ломоносов предполагал электрическую природу явления, а норвежский физик Кристиан Биркеланд в конце XIX века предложил модель движения частиц вдоль магнитных линий. В 1950-х годах советские и зарубежные исследователи (в том числе работы по магнитосфере) заложили основы современной теории. Космические аппараты и сеть наземных обсерваторий позволяют сегодня регистрировать сияния в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.

¶Влияние и значение

Сильные геомагнитные бури, сопровождающие яркие сияния, воздействуют на технические системы: возможны сбои радиосвязи, навигации, перебои в работе спутников, наведённые токи в протяжённых трубопроводах и линиях электропередачи. Существуют данные о влиянии на самочувствие метеозависимых людей, однако степень этого влияния остаётся предметом дискуссий. Сияние также имеет культурное значение: у народов Севера оно входит в фольклор и мифологию, а в наши дни стало объектом туризма — «авроральный» туризм формирует отдельную отрасль в северных регионах.

Источники: научные публикации по геофизике и физике магнитосферы, материалы геофизических обсерваторий, данные спутниковых наблюдений, работы по истории изучения полярных сияний.