Електрична веселка: чому полярні сяйва на Землі мають різний колір

Серія потужних спалахів на Сонці минулого тижня, які виникли разом із викидами плазми в космос, призвели до появи на вихідних яскравих полярних сяйв на Землі. Зазвичай ці явища спостерігаються ближче до полюсів, але навіть на території України їх можна було побачити. Науковці вважають, що Сонце наближається до піку своєї активності, а отже, відбувається дедалі більше спалахів і викидів плазми, яка досягає Землі та провокує появу полярних сяйв у несподіваних місцях. Відомо, що ці електричні веселки можуть мати різний колір. Але чому так відбувається? Про це пише Phys.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Як з'являється полярне сяйво?

Полярні сяйва на Землі виникають через те, що в атмосферу Землі на високій швидкості врізаються потоки заряджених частинок, випущених Сонцем. В основному це електрони. Що вища сонячна активність, то більше заряджених частинок потрапляє на Землю.

Наша планета захищена магнітним полем від потрапляння таких частинок, але на полюсах вони все ж проникають в атмосферу Землі. Здебільшого вона складається на 80% з азоту і на 20% з кисню, і крихітної кількості інших елементів і сполук.

Коли електрони на високій швидкості проникають у верхні шари атмосфери, то там вони стикаються з молекулами кисню (О2) і розщеплюють їх на окремі атоми. Ці атоми внаслідок перебувають у збудженому стані, тобто електрони атомів розташовані нестабільно і виділяють енергію у вигляді світла.

Причина зеленого кольору полярного сяйва

Атоми різних хімічних елементів випромінюють світло різного кольору, коли вони збуджені або заряджені енергією. Наприклад, атоми міді дають синє світло, барію — зелене, а натрію — жовто-оранжеве.

Здебільшого полярні сяйва мають зелений колір, який випромінюють атоми кисню, коли переходять з одного енергетичного стану в інший. У середньому такий перехід займає приблизно секунду за часом.

Але цей перехід настільки повільний, що зазвичай він не відбувається за тиску повітря, який спостерігається на рівні землі. Збуджений атом кисню в цьому разі втратить енергію, зіткнувшись з іншим атомом, перш ніж випустить яскраве зелене світло.

Але у верхніх шарах атмосфери, де тиск повітря менший і нижчий рівень концентрації молекул кисню, атоми мають більше часу, перш ніж зіткнутися, а отже, є час для викиду зеленого світла.

Причина червоного кольору полярного сяйва

Зелене світло атомів кисню відбувається внаслідок так званого "забороненого" переходу між енергетичними станами, коли електрон здійснює переміщення з однієї орбіти на іншу. Але після того, як атом кисню випустив зелене світло, він опиняється в ще одному збудженому стані, коли відбувається ще один енергетичний перехід і відбувається випромінювання червоного світла, що відбувається не так і часто.

Оскільки для досягнення такого енергетичного стану атому потрібно приблизно 2 хвилини, тобто це дуже багато часу, червоне світло виникає тільки на дуже великій висоті, де зіткнення з іншими атомами і молекулами відбуваються дуже рідко.

На такій висоті дуже мало кисню, а отже червоні полярні сяйва виникають тільки під час дуже сильної сонячної активності. Такі сяйва спостерігали жителі багатьох регіонів Землі кілька днів тому.

Інші кольори полярного сяйва

Більшість полярних сяйв мають зелений колір і набагато рідше — червоний. Але ці явища можуть мати й інші кольори. Наприклад, молекули азоту, іонізовані сонячними частинками, можуть випускати синій і червоний колір. Таким чином на малій висоті полярні сяйва можуть мати фіолетовий відтінок.

Якщо полярне сяйво дуже яскраве, то всі перераховані вище кольори можна побачити неозброєним оком.

Як уже писав Фокус, вчені прогнозують появу сонячної радіаційної бурі, яка накриє Землю. Ці бурі відрізняються від геомагнітних бур, але також негативно впливають на роботу зв'язку та енергосистем.

Також Фокус писав про те, що 2 роки тому сильна геомагнітна буря вбила супутники Starlink і в компанії SpaceX розповіли про наслідки нещодавньої геомагнітної бурі.