Иногда обычные, многоцветные полярные сияния могут сопровождаться яркими белыми вспышками, причины которых до сих пор оставались неясными. Благодаря развитию технологий удалось зафиксировать множество таких необычных случаев. Стало известно, что эти белые сияния напоминают еще одно эффектное атмосферное явление, известное как «стив».
Полярные сияния возникают благодаря солнечному ветру – непрерывному потоку частиц, выбрасываемым Солнцем: протонов, электронов и гелиевых ядер. Обычно мощная земная магнитосфера защищает планету, отклоняя этот поток на сотни и тысячи километров вверх, однако имеются два участка, где она наиболее слаба: Северный и Южный полюса. Магнитные силовые линии, исходящие из одного полюса, огибают Землю и входят в другой, что позволяет заряженным частицам солнечного ветра достигать более плотных слоев атмосферы.
В результате воздействия на атмосферу атомы и молекулы переходят во временное возбужденное состояние: электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер, занимают более высокие энергетические уровни. Затем они возвращаются к исходным позициям, что сопровождается видимыми изменениями: при возвращении каждого электрона высвобождается фотон. Именно это явление и является причиной свечения.
Цвет свечения атмосферы определяется типом вещества, подвергшегося воздействию солнечного излучения, и высотой, на которой оно находится. Например, кислород, находящийся на высотах от 100 до 300 километров, излучает зеленый свет, а выше – красный. Азот, расположенный на меньших высотах, проявляет синий и фиолетовый оттенки.
Полярные сияния, как правило, окрашены в разные цвета, однако иногда в них можно наблюдать белые или «серовато-белые» световые полосы. До сих пор не существует однозначного объяснения этим явлениям. Белый свет, как известно, представляет собой совокупность всех цветов видимого спектра, то есть всех возможных длин волн видимого света. Недавно команда ученых из Канады и США решила разобраться в природе этих необычных полярных сияний.
В статье для издания Nature Communications исследователи обобщили наблюдения 30 таких случаев и обратили внимание, что по своим характеристикам эти сияния очень похожи на другой не менее интересный атмосферный феномен — так называемый стив. Это эффектная, яркая бело-фиолетовая полоса, которая тянется на сотни километров и пересекает немалую часть ночного неба.
«Ей прозвище «Стив» дали не случайно, вспомнив эпизод из известного мультфильма, в котором персонажи решили дать такое имя новому, неизвестному ранее явлению. Впоследствии специалисты NASA официально закрепили этот термин и предложили использовать его в качестве аббревиатуры STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, что расшифровывается как «Сильное повышение скорости теплового излучения».
Физики пришли к выводу, похоже, что это свечение вызвано потоком крайне горячего газа, расположенного на высоте около 300 километров над поверхностью Земли. Исследователи, изучающие полярные сияния, обнаружили этот феномен и предполагают, что он также является результатом воздействия солнечных частиц на атмосферу. Однако, в отличие от обычного возбуждения атомов, здесь происходит нагрев.
Предложено аналогичный механизм формирования белых и серовато-белых вкраплений в полярных сияниях. Ученые предполагают, что это может быть хемилюминесценция – свечение, возникающее в результате химических реакций, вызванных экстремальным нагревом верхних слоев атмосферы. Исследователи отметили, что полярные сияния – это значительно более комплексный процесс, чем считалось ранее.