Чому неонові сяйдущі вогні (і іноді червоні, блакитні чи рожеві) кольори: Форми та видимість

Основний рецепт

Аврора фундаментально є атмосферним світловим шоу: заряджені частинки – переважно електрони, прискорюються вздовж ліній магнітного поля Землі, стикаються з атомами та молекулами кисню та азоту на висоті атмосфери, передаючи енергію, яку ці атоми тимчасово утримують, перш ніж вивільняти її знову як фотон світла. Процес приблизно однаковий із роботою неонового щита, де верхня атмосфера Землі замінює скляну трубку, а сонячний вітер – електричний струм, хоча висоти, енергії та точні механізми прискорення частинок в атмосферу значно складніші.

Чому колір залежить від висоти

Колір визначається в основному типом газу, який уражений, та висотою, оскільки різні гази при різних атмосферних тисках випромінюють світло різними довжинами хвиль. Зелений колір, найчастіше зустрічається, походить від атомів кисню на висотах приблизно 100-200 кілометрів, які випромінюють при певній довжині хвилі (557,7 мікрометрів), до якої людське око особливо чутливе – частина того, чому зелений колір домінує в сприйнятті неозброєним оком, навіть коли присутні інші кольори. Вище приблизно 200 кілометрів кисень замість цього схильний випромінювати глибокий червоний колір на довжині хвилі 630,0 мікрометрів, повільніший і слабший процес, який потребує надзвичайно низької щільності частинок, що зустрічається на цих більших висотах, щоб відбутися перед тим, як збуджений атом кисню іншим чином втратить свою енергію; червоні аuroри зазвичай пов’язані з найенергійнішими бурями та часто з’являються у вигляді слабкої капелюшки над основним зеленим дисплеєм, легко не помітної неозброєним оком, але часто очевидної на фотографії тривалого експонування. Нижче приблизно 100 кілометрів енергетичні частинки замість цього збуджують молекули азоту, створюючи блакитний та, у поєднанні з червоним і зеленим вище нього, пурпурові та рожеві краї на нижньому краю дисплея – зазвичай видно лише під час сильних бурь, коли частинки достатньо глибоко проникають в атмосферу, щоб досягти цієї висоти.

Чому овал утворюється для північного сяйва

Магнітні силові лінії Землі збігаються в магнітних полюсах, спрямовуючи заряджені частинки, що надходять, до приблизно циліндричних зон, розташованих навколо них – овали сіїння, один навколо кожного геомагнітного полюса. У спокійні умови овал знаходиться лише на відстані 15-20 градусів від полюса, утримуючи сяйво в межах високорівневих регіонів, таких як Північна Скандинавія, Аляска та Канада. Під час збільшення геомагнітної активності енергія, що вливається в магносферу, розширює овал і він може поширитися на 40-50 градусів широти під час найсильніших штормів – це фізичний механізм, який дозволяє сяйво спостерігатися з нижчих широт, включаючи рідкісні випадки з південної Англії або Середземномор'я, лише під час сильних штормів.

Читання індексу Kp як прогнозу північного сяйва

Оскільки розмір аурової еліптичної лінії відносно достовірно відображає геомагнічну активність, індекс Kp також служить приблизним прогнозом видимості північного сяйва. Як правило, кожен крок підвищення індексу Kp змушує край видимої еліптичної лінії зміщуватися на кілька градусів широти від полюса. У практиці це означає, що Kp 3-4 утримують північне сяйво в основному в Північній Скандинавії, Ісландії та Канаді; Kp 5-6 дає реальну можливість побачити його в Шотландії та на Півночі Англії; а Kp 7 або вище, як показано за документальними свідченнями, дозволив побачити північне сяйво неозброєним оком у південній Англії та центральній Європі. Однак це лише правило великого пальця – фактична видимість в будь-яку конкретну ніч також залежить від хмарності, світлового забруднення та того, як еліптична лінія розташована відносно вашого місця розташування в цей час.

Форми, рух та цікавий подвійник

Дисплей зазвичай починається як тиха, стабільна дуга низько на горизонті, і, коли активність зростає, розвивається в складені смуги, вертикальні штопоподібні промені, відомі як драпери, та – коли дисплей знаходиться безпосередньо над головою – драматичний розсипающийся візерунок, який називають короною. Здається, рух виникає не з окремого ділянки газу, що рухається, а з різних регіонів верхньої атмосфери, які миттєво підбурюються в міру зміни основної частки опадів, що й пояснює різкі зміни дисплеїв протягом секунд. Часто фотографований, але науково відмінний феномен – вузька фіолетово-біла стрічка під назвою STEVE (надумане неформальне акронімне, виявлене переважно завдяки фотографіям, зробленим громадянами-дослідниками, і офіційно вивчений лише з приблизно 2016 року), тепер розуміється як результат швидкого потоку заряджених частинок у верхній атмосфері, а не часткового опадання, яке виробляє звичайну корону, хоча часто він також спостерігається разом із справжньою короною.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.