Как на самом деле возникают полярные сияния
На бытовом уровне мы знаем, как формируются полярные сияния. Но на самом деле механизм появления этого захватывающего свечения очень сложен. Физики, наконец, смогли подтвердить свои догадки относительно него
Ученые знают, что заряженные частицы, которые генерирует Солнце, такие как электроны, разгоняются до со скорости около 72 миллиона километров в час и начинают двигаться вдоль линий магнитного поля Земли в верхние слои атмосферы. Там частицы сталкиваются с молекулами кислорода и азота, переводя их в возбужденное состояние. Эти возбужденные молекулы затем возвращаются в исходное состояние, испуская свет, который мы и видим как полярное сияние.
Ведущая теория, объясняющая это явление, гласила, что основой механизма являются так называемые альфвеновские волны. Это волны плазмы, которые распространяются вдоль магнитных силовых линий планеты. Они способны ускорять движущиеся от Солнца электроны до высоких скоростей, после чего частицы «врезаются» в атомы и возбуждают их с последующим испусканием электромагнитных волн.
Эта теория была подтверждена полетами космических аппаратов, которые часто обнаруживали альфвеновские волны, движущиеся к Земле над полярными сияниями. Хотя космические измерения подтвердили эту теорию, ограничения, присущие этим методам мониторинга, не позволяли «поставить все точки и» в вопросе формирования полярных сияний. Физики смогли подтвердить эту теорию в серии экспериментов, проведенных на Большом плазменном устройстве (Large Plasma Device /LPD).
Явление «серфинга» электронов по электрическому полю волны — это теоретический процесс, известный как затухание Ландау, впервые предложенный русским физиком Львом Ландау в 1946 году. С помощью численного и математического моделирования исследователи продемонстрировали, что результаты их экспериментов согласуются с предсказанной сигнатурой затухания Ландау.
Полученные согласованные результаты моделирования и экспериментов дают первое прямое доказательство того, что альфвеновские волны могут ускорять электроны, создавая полярное сияние.
По материалам Phys.org.
