Таинственное свечение. Исследователи обнаружили совершенно новую форму полярных сияний — зеленоватые завесы, которые поразительно плоские и вкраплены регулярной рябью. Странно, однако: полярное сияние, называемая «Дюной», лежит в довольно турбулентном слое атмосферы и поэтому вряд ли будет такой же регулярной. Но есть первые признаки связи с другим редким явлением.
Полярные сияния возникают в результате сложного взаимодействием высокоэнергетических частиц солнечного ветра с верхними слоями земной атмосферы — это кажется очевидным. Но какие физические процессы в отдельности стоят за различными вариантами полярного сияния, не до конца выяснено. Это особенно верно для необычных форм полярного сияния, таких как внезапные вспышки, мерцание полярных сияний или недавно открытое явление ««.
Зеленая рябь в небе
Ученые из Финляндии уже определили другой вариант полярного сияния. Это плоский, зеленоватый мерцающий слой вуали в небе, который пронизан равномерным волновым рисунком — похожая на песчаную рябь на пляже. Минна Палмрот из Хельсинкского университета и ее команда обнаружили это полярное сияние, когда они оценивали фотографии, собранные охотниками за полярными сияниями.
Оказалось, что эти полярные сияния, которые из-за своего дюнного сходства называют «Дюнами», не вписываются ни в одну общую схему. Исследователи установили, что зеленоватые мерцающие волны имели длину волны около 45 километров и возникали на высоте всего около 100 километров — это довольно низко для полярного сияния. Таким образом, эта форма полярного сияния проявляется между верхней мезосферой и ее верхней границей, мезопаузой.
Полярные сияния в «Игноросфере»
Необычно то, что эта область верхних слоев атмосферы, как правило, является достаточно беспокойной, так как ее пересекают многочисленные гравитационные волны различной длины волн. Это делает почти невозможным появление в верхней мезосфере таких гладких, равномерных слоев полярного сияния, как феномен «Дюны», как объясняют исследователи.
Кроме того, этот слой особенно трудно исследовать из-за большого количества помех. Спутники и другие космические обсерватории дают мало данных для этой довольно низкой высоты. «Из-за трудностей измерения атмосферных явлений на высоте от 80 до 120 километров мы также иногда называем этот регион «Ignorosphere», — объясняет Пальмрот.
Захваченные волны в инверсионном канале
Но как в этой турбулентной зоне могут возникать регулярные «дюнные» волны? Одним из объяснений будет так называемый мезосферный прибой (mesospheric bore), как объясняет Пальмрот. Это явление происходит, когда под мезопаузой образуется узкий инверсионный слой — температурный пограничный слой, который пропускает только определенные гравитационные волны. Это создает своего рода канал, в котором эти волны плотности могут концентрироваться и распространяться практически без помех на большие расстояния.
Этот мезосферный волновод иногда становится видимым в небе, когда в этот канал попадают высокие ледяные облака: затем облака из завесы образуют регулярную волновую картину. Однако ранее было неизвестно, что полярные огни также могут попасть в такой инверсионный канал. «Зона полярных сияний обычно не учитывается при изучении мезосферного бора, поскольку выбросы полярных сияний мешают измерениям», — объясняет Палмрот.
Солнечный ветер как инверсионный помощник?
Но феномен «Дюны» теперь доказывает, что инверсионные каналы мезосферы могут быть также связаны с полярным сиянием. Как объясняют исследователи, зеленоватое свечение этого сияния вызвано атомами кислорода, которые возбуждаются солнечным ветром. Поскольку кислород сжимается в виде регулярной волны гравитационными волнами в зоне инверсии, полярное сияние формирует свою волновую картину.
Указание на то, что этот сценарий может быть правильным, было предоставлено данными метеорологических измерений. Они показали, что «дюнна» всегда происходила на высоте и в то время, когда в верхней мезосфере образовывалась инверсия. «Это может означать, что взаимодействие ионосферы с космосом также связано с образованием инверсионного слоя в мезосфере», — говорит Палмрот. «Это было бы удивительным открытием».
Остаются загадками
Впрочем, далеко не все тайны новой «Дюны» раскрыты. Поскольку до сих пор наблюдалось только семь полярных сияний этого типа, база данных еще слишком мала, чтобы четко прояснить механизм ее возникновения. Поэтому исследователи надеются собрать дополнительные данные об этом явлении в будущем.