Когда будет северное сияние

Северное сияние, которое правильнее было бы назвать полярным сиянием, поскольку оно происходит в приполярных областях Земли, представляет собой одно из красивейших явлений природы. Суть этого явления заключается в том, что солнечный ветер, отклоняясь магнитным полем Земли в сторону ее полюсов, сталкивается с атомами газов земной атмосферы. При этом столкновении атом газа переходит в возбужденное состояние и выделяет энергию в виде фотона – частицы, не имеющей массы и заряды. Вот эти-то фотоны и производят эффект северного сияния.

Чем глубже в земную атмосферу проникают заряженные частицы солнечного ветра, тем чаще происходят их столкновения с атомами, ведь концентрация атомов газа заметно увеличивается по мере приближения к поверхности Земли. Соответственно, тем сильнее и продолжительнее будет северное сияние.

Цвет сияния зависит от двух факторов: высоты, на которой произошло столкновение; вида газа, атом которого пришел в возбужденное состояние. Например, если цвет или красный, или зеленый, это означает, что частицы солнечного ветра пришли в соприкосновение с атомами кислорода. Соответственно, красный цвет означает, что это случилось на большой высоте (свыше 200 километров над Землей), а зеленый – на средних высотах (от 100 до 200 километров). Если же цвет синий или фиолетовый, это значит, что в возбужденное состояние пришли атомы азота. Фотоны, образующиеся при возбуждении атомов других газов, почти не различимы, поскольку азот и кислород – самые массовые компоненты земной атмосферы.

Различие в цветах, образуемых фотонами возбужденных атомов кислорода, объясняются следующей закономерностью. Если атом кислорода, испытавший соударение, в течение одной секунды не столкнется с другим атомом кислорода – он испустит зеленый фотон. Если же этого столкновения не произойдет в течение целых двух минут – он испустит красный фотон. Но в том случае если столкновение произойдет быстрее, чем через секунду, вообще не образуется никакого фотона. Легко понять, что красный цвет получится лишь на высотах, больше 200 километров, где концентрация атомов ничтожно мала и их соударения случаются редко. Ну, а на высоте меньшей, чем 100 километров, столкновения происходят настолько часто, что возбужденный атом кислорода не успевает остаться нетронутым даже секунду, и никакого фотона не образуется.

Разумеется, чем сильнее возмущения в атмосфере Солнца, тем сильнее получаются и потоки солнечного ветра. Поэтому, услышав об очередной вспышке на солнце, жителям полярных областей в северном полушарии, а также зимовщикам в Антарктиде, надо быть готовыми: через некоторое время они увидят особенно сильное и красивое полярное сияние.