Северное сияние
Разноцветные огни, украшающие небо, как на фото, — это природные явления, известные также как полярные сияния (полярные сияния), происходящие в регионах, близких к полюсам Земли. Если смотреть из мест, близких к северному полюсу, их называют северным сиянием, а в районах, близких к южному полюсу, — южным сиянием. Чтобы попасть на Кольский полуостров и поохотиться за северным сиянием можно купить тур, смотреть здесь.
История формирования этих великолепных изображений начинается на Солнце. Солнце представляет собой гигантскую массу, и материя, из которой состоит Солнце, удерживается воедино гравитацией этой гигантской массы. Поверхность Солнца имеет температуру около 5800 Кельвинов или около 5500 по Цельсию. Когда мы говорим температура, мы имеем в виду средние энергии движения частиц, составляющих материю. Другими словами, чем горячее среда, тем быстрее движутся частицы, из которых она состоит.
Хотя частицы, составляющие Солнце, движутся быстро из-за высоких температур, гравитация Солнца достаточно сильна, чтобы удерживать эти частицы на поверхности. Только у Солнца есть корона на самом внешнем слое, где все сложнее. Температура в короне, простирающейся на миллионы километров от поверхности Солнца, может достигать миллионов градусов. Если вы спросите, как повышается температура по мере удаления от Солнца, являющегося источником тепла, вы зададите очень хороший вопрос. Ответ на это до сих пор не очень ясен. Но в результате при корональных температурах некоторые высокоэнергетические частицы в окружающей среде могут преодолевать гравитацию Солнца и улетать в космос подобно ракетам.
«Ветер», создаваемый этими частицами, летящими по всему пространству, называется солнечным ветром. Большинство частиц, составляющих солнечный ветер, — это протоны и электроны, то есть частицы с + и — зарядом соответственно.
Полярное сияние образуется, когда эти заряженные и энергичные частицы Солнца сталкиваются с атомами кислорода и азота в атмосфере. В конце столкновения атомы возбуждаются (то есть электроны переходят на высокие энергетические уровни во время столкновения), и возбужденные атомы излучают определенные цвета, возвращаясь в свое основное состояние (то есть в свое самое низкое энергетическое состояние). Если возбужденных атомов достаточно, мы, земляне, можем наблюдать праздник неба.
Более знакомым примером возбуждающего свечения атомов являются неоновые лампы.
Рассмотрим трубку, заполненную неоновым газом, к обоим концам которой приложено напряжение. Если приложенное напряжение достаточно велико, чтобы выбить электроны из атомов неона, выброшенные электроны и образующиеся в результате ионы ускоряются по направлению к двум концам трубки. При движении по трубе атомы неона возбуждаются, как кислород и азот в атмосфере. Возбужденные атомы неона светятся ярким оранжевым светом, возвращаясь в свое самое низкое энергетическое состояние.
Важным моментом здесь является то, что энергии возбуждения каждого атома различны, и в конце возбуждения каждый атом излучает свет своих уникальных цветов. Вот почему в северном сиянии всегда видны определенные цвета. Свечение имеет характерные цвета газов, из которых состоит атмосфера.
Почему мы не можем наблюдать за северным сиянием из Турции, почему мы должны ехать в Финляндию или на Аляску?
Возьмем один из электронов, достигший Земли солнечным ветром. Обычно, когда он достигает Земли, ожидается, что он войдет в ее гравитационное поле и достигнет поверхности, но с этим электроном происходит нечто иное. Он сталкивается с магнитным полем Земли.
У Земли есть магнитное поле, и это магнитное поле, как щит, препятствует прямому попаданию солнечного ветра к нам. Потому что заряженные частицы меняют направление, если они сталкиваются с магнитным полем во время движения. Линии магнитного поля вокруг Земли проходят от одного магнитного полюса к другому, как у магнита. Линии магнитного поля показывают направление магнитного поля, и магнитное поле сильнее там, где линии сходятся.