Гигантското еднообразно сияние, наблюдавано от земята в коледната нощ на 2022 г., е потвърдено като полярно дъждовно сияние. Това беше първото наземно наблюдение на полярно дъждовно сияние. За разлика от типичните полярни сияния, които се задвижват от падащите електрони, съхранявани в опашката на магнитосферата на земната магнитосфера, полярните дъждовни сияния се формират от електрони, пътуващи директно от слънчевата корона към полярните региони на земята по отворените линии на магнитното поле, за да достигнат кулминацията си в „полярно сияние дъжд” утаяване на електрони, което води до оптични емисии при взаимодействие с кислородни и азотни атоми в атмосферата.
Историята на полярните сияния, цветните ослепителни светлинни шоута (наречени Северно сияние или Aurora borealis в района на северния полюс и Южно сияние или Aurora Australis в района на южния полюс) започва в короналния слой на слънчевата атмосфера. Температурата на този слънчев атмосферен слой е изключително висока. Докато температурата на фотосферен слой (която се третира като повърхност на слънцето, защото това е, което можем да наблюдаваме със светлина) е около 6000 Келвина, средната температура на короната е между 1 до 2 милиона Келвина поради „Парадокса на короналното нагряване“. Такава висока температура прави короната слой от прегрята плазма. Слънчевият вятър, състоящ се от високо енергийни електрически заредени частици (като електрони, протони, алфа частици и тежки йони) непрекъснато излъчва от короналния слой във всички посоки, включително в посока на Земята.
Външното пътуване на енергийно заредените частици от слънцето към земята не е просто и праволинейно. Обикновено йонизираните частици се отклоняват от магнитното поле на земята (магнитосферата), като по този начин формите на живот и електрическите системи на земята остават незасегнати от вредното въздействие на слънчевия вятър.
Въпреки това, в случай на масивно изхвърляне на заредени частици от слънцето, както в случая на изхвърляне на коронална маса (CMEs), земната магнитосфера се претоварва и се получава магнитна буря. Бурята натоварва магнитосферата, докато тя щракне обратно, изхвърляйки някои от заредените частици към Земята.
Прибиращата се лента на магнитното поле дърпа електроните в слънчевия вятър надолу към полярните региони, където се наблюдават сияния на 100-300 км над повърхността в горните слоеве на атмосферата. Приносът на протоните и другите йони в слънчевия вятър за образуването на сияние е незначителен.
Aurora е основно оптично излъчване от кислородни и азотни атоми, възбудени от енергийни електрони, утаени от магнитосферата по протежение на затворените магнитни силови линии на Земята (енергийното електронно утаяване или EEP се отнася до отлагането на енергия от електрони в атмосферата). Взаимодействието на енергийните електрони с кислорода в атмосферата е отговорно за зелените и червените цветове, докато взаимодействието с азота води до производството на сини и наситени червени нюанси.
По този начин образуването на полярно сияние се задвижва от падащите електрони, съхранявани в опашката на магнита (областта на магнитосферата на земята, която е пометена от слънчевия вятър в огромна опашка в посока далеч от слънцето). Електроните, съхранявани в магнитосферата, се зареждат с енергия от слънчевия вятър и след това се утаяват в атмосферата на изблици в полярните региони, за да предизвикат полярно сияние.
Полярен дъжд Аврора
Рядко обаче полярните сияния се образуват от електрони, пътуващи директно от слънчевата корона към полярните региони на земята по протежение на отворени линии на магнитното поле, за да кулминират в електронно утаяване на „полярен дъжд“. Установено е, че такова утаяване на електрони е интензивно, когато плътността на слънчевия вятър е ниска. Оптичните емисии, причинени от такива електрони, са слаби и образуваното сияние се нарича „полярно дъждовно сияние“.
Полярните дъждовни сияния са наблюдавани няколко пъти от космоса от сателитите. Въпреки това нито един случай не е открит от наземни съоръжения.
На 25th-26th През декември 2022 г. нетипично полярно сияние беше уловено от наземните камери в района на Арктика, когато слънчевият вятър беше почти изчезнал. Наблюдаваното сияние беше еднородно и с гигантски размери. Не изглеждаше като типично сияние. Типичното сияние в полярната шапка е цветно ослепително светлинно шоу, показващо динамичен модел от светлини, подобни на дъга. Може да изглежда като завеси, лъчи, спирали или като променящи се трептения. Тета сияние изглежда като гръцка буква тета (овал с линия, пресичаща центъра), когато се наблюдава отгоре от сателити. Theta aurorae също се наричат "трансполярни дъги" поради появата на широкомащабни дъги, когато се гледа отгоре. 'Слънчеви дъги.' са малки и тъмни аврорални дъги, наблюдавани от наземни обсерватории. Единият край на дъгите е насочен към Слънцето, поради което се нарича "Слънчеви дъги-
Полярното сияние, наблюдавано в коледната нощ през 2022 г., беше гладко, разпръснато и с гигантски размери. Не изглеждаше като типично сияние, поради което се смяташе, че е полярно дъждовно сияние. За да потвърдят това, изследователите проучиха това, използвайки сателитни и наземни данни.
Сателитните снимки показаха, че областта на полярната шапка е била напълно празна в началото. Полярната шапка започна да се изпълва със слабо дифузно сияние на 25th декември. Впоследствие почти целият регион на полярната шапка скоро беше покрит от интензивни, но по-малко структурирани емисии. Това мащабно запълване на полярната шапка от дифузни сияния продължи около 28 часа. Интензивното излъчване в полярната шапка започна да избледнява на 26 сутринтаth декември и в рамките на няколко часа структурата на полярното сияние се върна към нормалното си разпределение и полярната шапка отново беше празна.
Електронното утаяване на полярен дъжд обикновено се случва само в едно полукълбо в зависимост от ориентацията на междупланетното магнитно поле (ММП). Едновременни сателитни изображения показаха пълно запълване на полярната шапка в Северното полукълбо, докато полярната шапка на Южното полукълбо беше празна. Тази наблюдавана междуполукълбова асиметрия и очакваната ориентация на МВФ силно предполагат, че широкомащабното сияние, открито в полярната шапка на Северното полукълбо, е полярно дъждовно сияние. Интерхемисферната асиметрия също се вижда в данните за електроните. Също така, корелацията между времето на изчезването на слънчевия вятър и това на запълването на полярната шапка беше много добра.
Оптичните измервания от наземно съоръжение в арктическия град Лонгийърбиен на 25th -26th Декември показа, че електроните с висока енергия (>1 keV) формират основния компонент на електронното утаяване. Приток на високоенергийни електрони също беше наблюдаван от сателита. В резултат на това полярното сияние се виждаше от земята като ярки зеленикави емисии.
В по-ранно проучване беше демонстрирано, че полярното дъждовно сияние се движи срещу слънцето със 150 метра/сек. В случай на нетипично сияние, наблюдавано в коледната нощ на 2022 г., анализът на оптичните данни от напречното сечение показва, че сиянието се разпространява в посока срещу слънцето, но скоростта на сиянието, гледана от земята, е два до три пъти по-бърза.
По този начин гигантското еднородно сияние, видимо от земята в коледната нощ през 2022 г., беше полярно дъждовно сияние. Това беше първото наземно наблюдение на полярно дъждовно сияние, уникален аспект на сложната връзка Слънце-Земя.
***
Литература:
- Хосокава, К. и др 2024. Изключително гигантско сияние в полярната шапка в ден, когато слънчевият вятър почти изчезна. НАПРЕДЪК НА НАУКАТА. 21 юни 2024 г. Том 10, брой 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Полярно сияние. Наличен в https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
