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 (наричани 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 слой на слънчевата атмосфера е изключително висока. Докато температурата на фотосферния слой (който се третира като повърхността на слънцето, защото това е, което можем да наблюдаваме със светлина) е около 6000 Келвина, средната температура на короната е между 1 и 2 милиона Келвина поради „парадокса на короналното нагряване“. Такава висока температура прави короната слой от прегрята плазма. Слънчевият вятър, състоящ се от високоенергийни 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 25-26 декември 2022 г., нетипично сияние беше заснето от наземни камери в Арктическия регион, когато слънчевият вятър почти беше 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 се появи като завеси, лъчи, спирали или като променящи се трептения. Тета сиянието изглежда като гръцка буква тета (овал с линия, пресичаща центъра), когато се наблюдава отгоре от спътници. Тета сиянията се наричат още „трансполярни дъги“ поради появата на мащабни дъги, когато се гледат отгоре. „ Дъгите, подравнени със Слънцето “ са малки и слаби аврорални дъги, наблюдавани от наземни обсерватории. Единият край на дъгите е насочен към Слънцето и затова се наричат „ дъги, подравнени със Слънцето “.
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 показват, че районът на полярната шапка е бил напълно празен в началото. Полярната шапка започва да се запълва със слабо дифузно сияние на 25 декември . Впоследствие почти целият район на полярната шапка скоро е покрит от интензивни, но по-слабо структурирани емисии. Това мащабно запълване на полярната шапка от дифузни сияния продължи около 28 часа. Интензивните емисии вътре в полярната шапка започват да отслабват на сутринта на 26 декември и в рамките на няколко часа структурата на сиянието се връща към нормалното си разпределение и полярната шапка отново е 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 Лонгиърбиен на 25-26 декември показаха , че високоенергийните електрони (>1 keV) формират основния компонент на електронното утаяване. Сателитът наблюдава и приток на високоенергийни електрони. В резултат на това сиянието беше видимо от земята като ярко 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
***
