Ученые раскрыли загадку необычных полярных сияний

Они напоминают слоистые облака или песчаные дюны.

Финские ученые выяснили, как возникают необычные полярные сияния, напоминающие слоистые облака или песчаные дюны. Это явление, получившие название авроральные дюны, было впервые зафиксировано астрономами-любителями в 2018 году. Результаты исследования опубликованы в журнале AGU Advances (перевод — ria.ru).

Полярное сияние — свечение верхних слоев атмосферы, периодически возникающее в полярных широтах — являются продуктом взаимодействия магнитосферы Земли и солнечного ветра — потока плазмы и заряженных частиц, который Солнце испускает в космос. В ионизированном слое атмосферы — ионосфере — эти потоки возбуждают атмосферные атомы кислорода и азота, которые начинают светиться.

Отбирая фотографии для своей книги "Руководство для наблюдателей полярного сияния", Минна Палмрот (Minna Palmroth), профессор Хельсинкского университета, обратила внимание, что на некоторых снимках, сделанных фотографами-любителями, свечение имеет необычную волнистую форму, напоминающую слоистые облака или песчаные дюны, не вписывающуюся ни в одну из установленных категорий полярных сияний.

Палмрот занимается вычислительной физикой космоса и возглавляет научную группу, разрабатывающую модели околоземного космического пространства. В том числе она изучает полярные сияния, или, как говорят ученые, авроральные явления.

Профессор поделилась своей находкой в группе в Фейсбуке, и буквально через несколько дней после выхода книги, астрономы-любители, снова увидев в небе свечение необычной формы, сообщили об этом ученым.

Явление было сфотографировано в Лайтиле и Руовеси на юго-западе Финляндии. Еще семь подобных событий зафиксировала камера службы Taivaanvahti ("Небесный дозор"), Финской ассоциации астрономов-любителей.

Максим Грандин (Maxime Grandin), один из авторов исследования, с помощью астрономической программы Stellarium определил азимуты и высоты звезд, находящихся за излучением. Это позволило, используя звезды в качестве опорных точек, рассчитать высоту и протяженность аврорального явления.

Ученые выяснили, что сияние происходит на высоте от 80 до 120 километров. Данная часть атмосферы раньше почти не изучалась — вести наблюдения за регионом, отделяющим электрически нейтральную часть атмосферы от ионосферы, крайне сложно.

"Различия в яркости внутри волн "дюны" могут быть вызваны либо волнами осаждающихся частиц, приходящих из космоса, либо атомами кислорода, находящимися в атмосфере, — приводятся в пресс-релизе университета слова Палмрот. — Мы считаем, что "дюны" являются результатом увеличения плотности атомов кислорода".

Постоянное расстояние между гребнями "дюн" — около 45 километров — ученые объясняют наличием в мезосфере особых гравитационных волн, создающих неоднородности в распределении атомов кислорода, которые, сталкиваясь с космическими электронами, начинают светиться.

Гравитационные волны, вызванные колебаниями воздуха, возникающими в атмосфере из-за наличия неровностей на поверхности Земли, поднимаются на уровень ионосферы через так называемые мезосферные отверстия, а затем изгибаются в волноводе между холодными инверсионным слоем снизу и мезопаузой сверху и начинают распространяться параллельно земной поверхности.

Авторы отмечают, что "дюны" формируются в зоне, наиболее сложной для атмосферных наблюдений, и являются следствием уникальной комбинации процессов, связанных с активностью Солнца и движением потоков ионов в атмосфере Земли.

По мнению авторов, для описания этих процессов требуется объединение усилий ученых, изучающих атмосферу и космос.