Полярное сияние возникает благодаря солнечному ветру: протоны и электроны, которые родились на Солнце, преодолевают путь в 150 000 000 км и попадают в верхние слои атмосферы Земли. Там они, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля планеты, переносятся в сторону полюсов. Когда эти частицы опускаются до высоты 400—100 км над уровнем моря, они начинают взаимодействовать с атомами азота и кислорода, возбуждая их. Для того чтобы вернуться в первоначальное состояние, атомы излучают энергию в виде квантов света в ультрафиолетовом, инфракрасном и видимом свете. Спектр излучения веществ в атмосфере определяет цвет полярных сияний: например, за зеленый цвет отвечает кислород, а за фиолетовый — азот.

Некоторые наблюдатели отмечают, что интенсивные полярные сияния сопровождаются свистящими звуками и легким треском. И действительно, ученым из финского института Аальто в 2012 году удалось зарегистрировать легкие хлопки во время свечения атмосферы, однако они не поспешили однозначно связывать записанные звуки с сиянием.

Полярное сияние многие называют северным, и это не ошибка, а частный случай явления. Свечение атмосферы чаще всего наблюдают именно на севере России, Норвегии или Канады, а увидеть его на юге гораздо сложнее, потому что суши на нужных широтах Южного полушария не так уж много.

А вот на самих полюсах северного сияния не видно. Сияния наблюдаются на территориях так называемой авроральной зоны. Она имеет форму колец, смещенных на ночную сторону Земли, с центрами в магнитных полюсах планеты. Они не совпадают с географическими: так, северный магнитный полюс с начала XVII века находится на севере Канады и движется в сторону России.

Интенсивность полярных сияний сильно зависит от солнечной активности, которая, в свою очередь, не постоянна, а циклически меняется. Обычно кульминация приходится на окончание 11-летнего солнечного цикла. Именно тогда и наблюдаются самые эффектные зрелища.

Многие знают, что полярное сияние Земли видно даже из космоса, и притом лучше, чем с поверхности планеты, так как наблюдателю не мешают ни солнце, ни облака, ни искажающее влияние нижних слоев атмосферы. Вот так выглядит аврора с борта МКС:

Но Земля — не единственная планета Солнечной системы, которой повезло приютить полярные сияния. Магнитные поля планет-гигантов мощнее земного, и сияния там интенсивнее. Однако, если планета обращена к земному наблюдателю освещенной стороной, свечение атмосферы будет теряться в рассеянном солнечном свете. Тем не менее с помощью космических телескопов ученым удается получить достаточно четкие изображения полярных сияний на других планетах. Так, в середине прошлого года NASA опубликовало съемку полярных сияний на Юпитере с телескопа «Хаббл». Размер авроральной зоны на снимках втрое превышает диаметр Земли.

Полярное сияние на Юпитере. Видео: NASA, ESA, J. Nichols (University of Leicester), and G. Bacon (STScI)

Так или иначе, полярные сияния были зафиксированы у всех газовых гигантов. А вот среди планет земной группы не повезло только Меркурию: из-за своей близости к Солнцу он лишился атмосферы и заряженным частицам не с чем взаимодействовать. Венера и Марс не имеют глобального магнитного поля, однако локальные сияния наблюдаются и там. Более того, недавно ученым удалось обнаружить экзопланету LSR J1835+3259, на которой, предположительно, появляются ярко-красные сияния.

Как сделать

Полярное сияние можно вызвать и искусственным путем. Так, например, в 1975 году Советский Союз и Франция провели эксперимент под названием ARAKS (Artificial Radiation and Auroral Kerguelen — Soviet Union). С архипелага Кергелен в Индийском океане ученые запустили ускоритель частиц, который на высоте нескольких сотен километров испускал электроны. Двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля Земли, эти электроны попали в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Архангельской областью. Погода не позволила наблюдать явление с поверхности Земли, но оно было зарегистрировано приборами.

Полярные сияния можно смоделировать даже в небольшой лаборатории. Французские ученые создали специальное устройство, которое имитирует условия в атмосфере Земли на высоте 80 километров — магнитные поля, потоки заряженных частиц, радиационные пояса и бедный кислородом разреженный воздух. С помощью установки можно воссоздать сияния, возникающие не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет.

Как не пропустить

Чтобы оценить вероятность возникновения сияний, используют несколько индексов и параметров. В первую очередь, это K-индекс — отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала. Его измеряют на 13 специальных геомагнитных обсерваториях, из которых ближайшая к Европейской части России находится в Швеции. Индекс принимает значения от 0 до 9, где 0 — минимальная солнечная активность, 9 — сильнейшая магнитная буря, которая случается не больше четырех раз за 11-летний цикл.

На сервисах, которые прогнозируют сияния, также используют Kp-индекс. Приставка «p» означает «planetary», то есть это K-индекс, рассчитанный в среднем по планете. Если он высок, то где-то точно сияет, только это «где-то» может быть в другой части света, а не у вас над головой.

Стоит отметить, что при повышении значений индексов авроральная зона в Северном полушарии смещается на юг, то есть вы можете увидеть сияние в средней полосе России, в то время как на Кольском полуострове на небе будет спокойно.

Узнать значения всех этих индексов можно на сайте www.aurora-service.eu или, воспользовавшись аналогичными приложениями, в AppStore или GooglePlay.

Где искать

Итак, что же сделать, чтобы увидеть полярное сияние своими глазами? Сперва нужно забраться подальше на север, лучше — выше 70° северной широты. Причем сделать это желательно в период с ноября по февраль — именно в это время вероятность застать сияние максимальна. К тому же зимой на севере ночь длится не меньше 18—20 часов и солнце не будет мешать наблюдениям. Также стоит отъехать подальше от городов, световое загрязнение которых может полностью скрыть слабое свечение атмосферы у горизонта. Для наблюдений нужна ясная погода, чтобы облака в прямом смысле не встали между вами и сиянием. Оценить вероятность появления авроры можно, посмотрев коэффициенты солнечной активности: если Kp-индекс превысил значение 4, смело выбирайтесь на улицу. Сияние будет длиться от 10 минут до нескольких часов.

Территория России открывает большие возможности для наблюдения северных сияний. Однако значительная часть авроральной зоны страны приходится на труднодоступную местность с суровым климатом. Так что идеальным местом для наблюдений сияний является Кольский полуостров. До Мурманска можно добраться на самолете или поезде, а теплое Северо-Атлантическое течение обеспечит умеренный арктический климат. Во время охоты за сияниями можно также посмотреть село Териберка, где прошли основные съемки фильма «Левиафан». Это единственное место в России, где до Северного Ледовитого океана можно добраться по автомобильной дороге.

Для тех, кто хочет совместить наблюдение с поездкой за границу, подойдут норвежские города Тромсе и Алта, шведский Абиску и большая часть территории Исландии. Интересный вариант предлагает курорт Какслауттанен в Финляндии: гостей селят в теплых иглу с прозрачной крышей и сияние можно наблюдать, не выходя на холод.

Заснять полярное сияние можно даже на любительский фотоаппарат. Главное, не забыть взять штатив: яркие кадры получаются при выдержке в несколько секунд. Также стоит запастись пультом или спусковым тросиком для камеры и дополнительными аккумуляторами: на морозе литий-ионные батареи разряжаются очень быстро.

И главный совет, который можно дать охотникам за полярными сияниями: одевайтесь теплее — вам предстоит провести на морозе многие часы. Тем не менее возможность своими глазами увидеть одно из чудес природы определенно стоит того.