Новые подсказки о происхождении красных полярных сияний

Изображения из Брауншвейга и Геттингена помогают ученым понять причину загадочного красного свечения. Фотографы-любители могут помочь

В точку

• Редкое свечение: Солнечная буря в мае 2024 года была настолько интенсивной, что полярные сияния были видны даже над югом Нижней Саксонии. Они отображали цвета и узоры, которые раньше почти не были документированы.
• Новое исследование: исследователи из Технического университета Брауншвейга, MPI по исследованию Солнечной системы и IST Фраунгофера в Брауншвейге проанализировали любительские фотографии полярных сияний.
• Быстрые частицы: электроны высокой энергии, вероятно, вызвали как красное, так и зеленое полярное сияние почти одновременно.
• Гражданская наука: Представителям общественности предлагается поделиться с исследователями своими будущими фотографиями северного сияния.

Полярные сияния своим загадочным сиянием и клубящимися цветными завесами очаровывают даже опытных исследователей. Когда особенно интенсивная солнечная буря достигла Земли в ночь на 10 мая 2024 года, а соответствующие веб-сайты предсказывали полярные сияния даже для южной части Нижней Саксонии, несколько исследователей из Технического университета Брауншвейга, Института поверхностной инженерии и тонких пленок Фраунгофера IST, Геттингенского университета и Института исследований солнечной системы Макса Планка (MPS) вышли на улицу. «Я видел много полярных сияний в более высоких широтах. Над Геттингеном они — редкость. Мне очень хотелось их сфотографировать. Изначально я не был заинтересован в использовании фотографий в научных целях», — вспоминает свою ночную экскурсию директор MPS и страстный фотограф Сами К. Соланки.

Филипп Шульц из Института поверхностной инженерии и тонких пленок Фраунгофера IST, Инго фон Борстель из Института геофизики и внеземной физики Брауншвейгского технического университета и Клаус Рейнш из Института астрофизики и геофизики Геттингенского университета поделились тем же опытом, что и геттингенский исследователь Солнца. Однако их изображения оказались столь же живописными, сколь и необычными: над зелеными полярными сияниями у поверхности можно увидеть красноватое свечение; Яркие лучи простираются вниз от красного к зеленому.

«Лучи, непрерывно соединяющие красное сияние наверху с зеленым сиянием внизу, не описаны ни в одной научной статье», — говорит Брюс Т. Цурутани, бывший ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) и первый автор новой публикации. «Они помогли нам понять происхождение красного свечения», — добавляет он. Ясухито Нарита из Технического университета Брауншвейга координировал международную команду исследователей, которые сравнили изображения с данными о солнечном ветре и возмущениях магнитного поля Земли.

Поиск источников энергии

Буря 10 мая 2024 года стала второй по интенсивности магнитной бурей космической эры (с 1958 года). Красные полярные сияния возникают во время интенсивных магнитных бурь в средних широтах, обычно на высоте от 800 до 200 километров. Механизм формирования красных полярных сияний стал предметом обширных теоретических исследований. Было предложено много разных идей. Но поскольку обычно через пространство красных полярных сияний не проходят спутники, эти теории не были проверены.

Зеленые полярные сияния возникают в типичные ночи в полярных регионах. Быстрые электроны из магнитосферы Земли мчатся по линиям магнитного поля Земли – почти как на горке – и продвигаются в атмосфере на высоту от 130 до 85 километров над поверхностью Земли. Там они запускают каскад столкновений, которые в конечном итоге заставляют атомы кислорода светиться зеленым светом.

Фотографии, сделанные 10 мая 2024 года, теперь указывают на разгадку многих теорий красных полярных сияний. «Тот факт, что яркие лучи простираются от красного к зеленому сиянию, предполагает, что в обоих случаях действует один и тот же физический процесс», — объясняет Нарита. Текущие анализы показывают, что красные полярные сияния, как и зеленые, могут быть вызваны электронами, стекающими с Солнца.

Гражданская наука

После 11-летнего цикла Солнце проходит через более спокойные и более активные фазы. На пике своей активности наша звезда демонстрирует интенсивные солнечные вспышки и выбрасывает в космос особенно быстрые плазму солнечного ветра и магнитные поля в виде массивных извержений. Когда эти магнитные поля ударяются о магнитосферу Земли, происходит магнитное пересоединение, передающее энергию солнечного ветра в магнитосферу Земли, что приводит к цепочке событий, вызывающих полярные сияния, иногда даже в средних широтах. С 2024 года полярные сияния еще несколько раз были видны над югом Нижней Саксонии. В настоящее время солнечная активность вновь снижается. Однако даже на этом этапе все еще могут происходить необычно интенсивные извержения.

Поэтому исследователи Технического университета Брауншвейга рассчитывают на помощь общественности и просят людей поделиться с ними фотографиями будущих полярных сияний. Для достижения научно значимых снимков важно использовать относительно небольшую выдержку – не более 6 секунд. Это единственный способ поймать контрольные лучи. Кроме того, есть много других важных с научной точки зрения особенностей красных полярных сияний, с которыми могут помочь гражданские ученые. Пожалуйста, свяжитесь с Ясухито Наритой из Технического университета Брауншвейга по адресу: [email protected] или Брюс Цурутани в [email protected]

Справочная информация

В исследовании принимали участие следующие институты:

• Индийский институт геомагнетизма, Индия
• Университет науки и технологий Китая, Китай
• Технический университет Брауншвейга, Германия
• Институт Макса Планка по исследованию Солнечной системы, Германия
• Британская антарктическая служба, Великобритания
• Геттингенский университет Георга-Августа, Германия
• Институт Фраунгофера по технологии поверхности и тонких пленок, Германия