Було підтверджено, що гігантське рівномірне полярне сяйво, яке можна побачити з землі в різдвяну ніч 2022 року, є полярним дощовим сяйвом. Це було перше наземне спостереження полярного дощового полярного сяйва. На відміну від типових полярних сяйв, які рухаються падаючими електронами, що зберігаються в магнітосфері магнітосфери Землі, полярні дощові полярні сяйва утворюються електронами, що подорожують безпосередньо від сонячної корони до полярних регіонів Землі вздовж відкритих ліній магнітного поля, щоб досягти кульмінації в «полярних» дощ” випадання електронів, які викликають оптичне випромінювання під час взаємодії з атомами кисню та азоту в атмосфері.
Історія полярних сяйв, барвистих сліпучих світлових шоу (які називаються північним сяйвом або полярним сяйвом у регіоні північного полюса та південним сяйвом або австралійським сяйвом у регіоні південного полюса) починається в корональному шарі сонячної атмосфери. Температура цього шару сонячної атмосфери надзвичайно висока. У той час як температура шар фотосфери (яка розглядається як поверхня сонця, оскільки це те, що ми можемо спостерігати за допомогою світла) становить близько 6000 Кельвінів, середня температура корони становить від 1 до 2 мільйонів Кельвінів через «Парадокс коронального нагрівання». Така висока температура робить корону шаром перегрітої плазми. Сонячний вітер, що складається з високоенергетичних електрично заряджених частинок (наприклад, електронів, протонів, альфа-частинок і важких іонів), безперервно виходить із коронального шару в усіх напрямках, включаючи напрямок Землі.
Подорож енергетичних заряджених частинок від Сонця до Землі не є простою і прямолінійною. Зазвичай іонізовані частинки відхиляються магнітним полем землі (магнітосферою), таким чином форми життя та електричні системи на землі залишаються незачепленими від шкідливого впливу сонячного вітру.
Однак у разі масивного викиду заряджених частинок від Сонця, як у випадку коронального викиду маси (CME), магнітосфера Землі перевантажується, і виникає магнітна буря. Шторм напружує магнітосферу, поки вона не відскочить назад, відкидаючи деякі заряджені частинки до Землі.
Втягуюча смуга магнітного поля тягне електрони в сонячному вітрі вниз до полярних регіонів, де полярні сяйва спостерігаються на висоті 100-300 км над поверхнею у верхніх шарах атмосфери. Внесок протонів та інших іонів сонячного вітру в формування полярного сяйва незначний.
Полярне сяйво — це, в основному, оптичне випромінювання атомів кисню та азоту, збуджене енергійними електронами, що випадають з магнітосфери вздовж замкнутих ліній магнітного поля Землі (енергетичне висипання електронів або EEP відноситься до викиду енергії електронів в атмосферу). Взаємодія енергійних електронів з киснем в атмосфері відповідає за зелений і червоний кольори, тоді як взаємодія з азотом призводить до утворення синіх і темно-червоних відтінків.
Таким чином, утворення полярного сяйва відбувається завдяки падаючим електронам, що зберігаються в хвості магнітосфери (область магнітосфери Землі, яку сонячний вітер обертає у величезний хвіст у напрямку від сонця). Електрони, що зберігаються в магнітосфері, отримують енергію від сонячного вітру, а потім спалахами випадають в атмосферу в полярних регіонах, викликаючи полярне сяйво.
Полярний дощ Аврора
Однак рідко полярні сяйва утворюються електронами, що рухаються безпосередньо від сонячної корони до полярних регіонів Землі вздовж відкритих ліній магнітного поля, завершуючись випаданням електронів «полярного дощу». Встановлено, що таке випадання електронів є інтенсивним, коли щільність сонячного вітру низька. Оптичне випромінювання, викликане такими електронами, слабке, і утворене полярне сяйво називається «полярним дощовим полярним сяйвом».
Супутники кілька разів спостерігали полярні дощові полярні сяйва з космосу. Однак жодного випадку так і не було виявлено наземними засобами.
25th-26th У грудні 2022 року нетипове полярне сяйво було зафіксовано наземними камерами в Арктичному регіоні, коли сонячний вітер майже зник. Спостережуване полярне сяйво було однорідним і гігантських розмірів. Це не виглядало як типове полярне сяйво. Типове полярне сяйво в полярній шапкі – це барвисте сліпуче світлове шоу, яке відображає динамічну картину веселкових вогнів. Він може виглядати як штори, промені, спіралі або мінливі мерехтіння. Тета-полярне сяйво виглядає як грецька буква тета (овал із лінією, що проходить через центр), якщо спостерігати зверху супутниками. Тета-полярні сяйва також називають трансполярні дуги через появу великомасштабних дуг, якщо дивитися зверху. 'Дуги, вирівняні за сонцем.' це маленькі та тьмяні полярні дуги, які спостерігаються з наземних обсерваторій. Один кінець дуги спрямований до Сонця, тому називається "Дуги, вирівняні за сонцем».
Полярне сяйво, яке спостерігали в різдвяну ніч 2022 року, було гладким, розсіяним і гігантських розмірів. Воно не було схоже на типове полярне сяйво, тому вважалося, що це полярне полярне сяйво. Щоб підтвердити це, дослідники дослідили це за допомогою супутникових і наземних даних.
Супутникові знімки показали, що область полярної шапки спочатку була абсолютно порожньою. Полярна шапка почала наповнюватися слабким розсіяним полярним сяйвом 25th Грудень. Згодом майже весь регіон полярної шапки незабаром був покритий інтенсивними, але менш структурованими викидами. Це масштабне заповнення полярної шапки дифузним полярним сяйвом тривало приблизно 28 годин. Інтенсивне випромінювання всередині полярної шапки почало згасати 26 ранкуth грудня, і протягом кількох годин структура полярного сяйва повернулася до нормального розподілу, і полярна шапка знову була порожньою.
Електронне випадання полярного дощу зазвичай відбувається лише в одній півкулі залежно від орієнтації міжпланетного магнітного поля (ММП). Одночасні супутникові зображення показали повне заповнення полярної шапки в Північній півкулі, тоді як полярна шапка Південної півкулі була порожньою. Ця спостережувана міжпівкульна асиметрія та очікувана орієнтація МВФ переконливо свідчать про те, що великомасштабне полярне сяйво, виявлене всередині полярної шапки Північної півкулі, було полярним дощовим полярним сяйвом. Міжпівкульна асиметрія також була помітна в електронних даних. Крім того, кореляція між часом зникнення сонячного вітру та часом заповнення полярної шапки була дуже хорошою.
Оптичні вимірювання з наземного об’єкта в арктичному містечку Лонг’їр 25th -26th Грудень показав, що електрони високої енергії (>1 кеВ) утворили основний компонент випадання електронів. Супутник також спостерігав приплив електронів високої енергії. В результаті полярне сяйво було видно з землі у вигляді яскравих зеленуватих випромінювань.
У попередньому дослідженні було продемонстровано, що полярне сяйво дощу рухається проти Сонця зі швидкістю 150 метрів/сек. У випадку нетипового полярного сяйва, яке спостерігали в різдвяну ніч 2022 року, аналіз оптичних даних поперечного перерізу показав, що полярне сяйво поширювалося проти сонця, однак швидкість полярного сяйва, якщо дивитися з землі, була в два-три рази вищою.
Таким чином, гігантське рівномірне полярне сяйво, видиме з землі в різдвяну ніч 2022 року, було полярним дощовим полярним сяйвом. Це було перше наземне спостереження полярного дощового полярного сяйва, унікального аспекту складного зв’язку Сонце-Земля.
***
Список використаної літератури:
- Хосокава, К. та ін 2024. Надзвичайно гігантське полярне сяйво в полярній шапці в день, коли сонячний вітер майже зник. УСПІШКИ НАУКИ. 21 червня 2024 р. Том 10, випуск 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Аврора. Доступний на https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
***
