Таинственные фиолетовые «мосты», периодически появляющиеся в небе заполярья, оказались связаны не со вспышками на Солнце, а со столкновениями потоков ионов в верхних слоях атмосферы. К такому выводу пришли физики, опубликовавшие статью в журнале Geophysical Research Letters.
«Полярное сияние возникает благодаря тому, что электроны и протоны начинают «падать» в атмосферу. Эти вспышки, STEVE, возникают благодаря тому, что частицы разогреваются, но не двигаются вниз. Поэтому можно сказать, что фиолетовая часть этих радуг действительно уникальна по своей природе», — заявила Би Галлардо-Лакур (Bea Gallardo-Lacour) из университета Калгари (Канада).
Начиная с лета 2015 года, над Канадой и другими уголками Арктики стали появляться загадочные фиолетовые «радуги» и «мосты», которые освещают ночное небо на протяжении примерно 20-30 минут и затем исчезают. В общей сложности, добровольцам удалось зафиксировать свыше 30 случаев появления подобного сияния, что привлекло внимание ученых из НАСА.
Три года назад спутники из флотилии Swarm пролетели над подобными образованиями и получили первые данные по их структуре. Эти фиолетовые сияния, как обнаружили изучившие эти сведения ученые, на самом деле возникали в результате необычного взаимодействия солнечных электронов и магнитного поля Земли, похожего по механизму работы на северные сияния.
Позже, однако, Галлардо-Лакур и ее коллеги проследили за рождением подобной вспышки при помощи другого спутника и не нашли никаких следов подобных частиц. Оказалось, что радуги никак не связаны с солнечной активностью и космическими заряженными частицами, и возникают в верхних слоях атмосферы Земли каким-то другим, пока неизвестным науке способом.
Канадские физики нашли ответ на этот вопрос и выяснили, что «фиолетовые радуги» на самом деле состоят из двух не связанных друг с другом феноменов, анализируя данные, которые собирали зонды флотилий Swarm, THEMIS и DMSP во время пролетов над полюсами Земли в 2008 и 2016 годах.
Помимо этого, ученые заручились поддержкой сотен фотографов-любителей, которым удавалось сфотографировать STEVE в те моменты, когда над этими точками проходили спутники, и огромного числа «гражданских ученых», помогавших им анализировать эти данные.
Эти наблюдения показали, что данное световое шоу состоит из двух раздельных частей – собственно, самой «фиолетовой радуги», а также своеобразной «юбки» из перпендикулярных ей зеленых полос света, обрамляющей ее снизу. Иногда эта структура отсутствовала, как это произошло, в частности, во время прошлогодних наблюдений Галлардо-Лакур и ее команды.
Проанализировав новые данные, ученые пришли к выводу, что обе части STEVE были порождены разными физическими феноменами. Зеленая «юбка» оказалась продуктом тех же атмосферных процессов, связанных со вспышками на Солнце и отвечающих за формирование полярных сияний.
В пользу этого говорит то, что подобные зеленые «частоколы» одновременно появлялись и в северном, и в южном полушарии, что не было характерно для других компонентов STEVE. Это, как объясняет Галлардо-Лакур, было бы невозможно, если бы общий источник этих частиц не находился на большом расстоянии от поверхности Земли.
Фиолетовый мост, в свою очередь, оказался порожден совершенно иным явлением – столкновением потоков заряженных частиц, движущихся не вертикально, в сторону поверхности Земли, а почти горизонтально ей. Их источником служила сама атмосфера Земли, так как аналогичные вспышки не появлялись на противоположном конце планеты.
Как возникло фиолетовое сияние? Когда эти потоки ионов столкнулись, они нагрелись и начали излучать свет на тех длинах волн, которые характерны для фиолетовой части STEVE. Как отмечают исследователи, этот процесс в чем-то напоминает то, что происходит в нити лампы накаливания при пропускании через нее тока.
Дальнейшие наблюдения за STEVE, как надеются физики, помогут им понять, почему и те, и другие компоненты этого сияния возникают в одних и тех же точках пространства в одно время, и какую роль на самом деле играет Солнце в их формировании. Это крайне важно для оценки того, какую угрозу подобные «фиолетовые радуги» могут нести для земных систем связи.
