Ученые выдвинули теорию,
которая объясняет возникновение стивов — похожих на полярные сияния явлений
розовато-лилового цвета. Авторы пришли к выводу, что надо рассматривать стивы и часто
сопутствующее им зеленое свечение как отдельные феномены. Первые связаны с нагревом движущихся в
атмосфере частиц и совсем не похожи на обычные полярные сияния, а вторые,
хоть и возникают в нехарактерных местах, имеют много общего со
стандартными явлениями, пишут исследователи в журнале Geophysical Research
Letters.

Полярные сияния возникают
в результате взаимодействий захваченных магнитным полем Земли частиц с
молекулами воздуха в верхних слоях атмосферы. Обычно полярные сияния вызывают электроны солнечного ветра, которые возбуждают такие атомы и
молекулы, как кислород и азот. Сияния напрямую связаны с магнитным полем
планеты, поэтому обычно проявляются только вблизи магнитных полюсов.

Помимо обычных полярных сияний в
северном полушарии наблюдаются также розовато-лиловые полосы свечения около 20-30 километров шириной и до тысяч километров в длину. Их стали называть стивами (STEVE, Strong
Thermal Emission Velocity Enhancement — сильное повышение скорости тепловым излучением).
Они были известны астрофотографам-любителям на протяжении как минимум
нескольких десятков лет, но первая научная работа на эту тему была опубликована
лишь в 2018 году. Стивы не похожи на стандартные сияния не только цветом, но и
местом появления, ведь их наблюдали дальше от полюса. Также стивы иногда
сопровождаются необычным переменным зеленым свечением, напоминающим забор.

Ученые уже пытались выяснить
механизм образования стивов, но не могли в нем окончательно разобраться. Чтобы
поставить точку в этом вопросе, коллектив исследователей под руководством
Юкитоси Нисимуры (Yukitoshi Nishimura) из Бостонского университета собрал данные о трех случаях наблюдения стивов. Авторы использовали данные наземных
приборов, изучающих магнитосферу спутников THEMIS и Swarm, а также метеорологических
аппаратов DMSP, что позволило получить информацию об электрических токах, магнитных
полях и энергетических спектрах частиц в непосредственной близости от области
возникновения стивов.

В отличие от предыдущих исследований,
авторы новой работы впервые проанализировали данные со спутников на высоких
орбитах. В результате исследователи пришли к выводу, что стивы и «зеленый забор»
представляют два отдельных явления, порождаемых различными процессами. Ученым
удалось подтвердить высказывавшуюся в предыдущих работах идею о связи стивов с
субавроральным ионным дрейфом. Этим термином называют узкие потоки быстрых
заряженных частиц в ионосфере Земли, движущиеся в области, примыкающей со
стороны экватора к авроральному овалу, где проходят открытие силовые линии
геомагнитного поля. Стивы фактически являются свечением разогретых электрическим
током частиц, то есть в некотором смысле похожи на свет нитей обычных ламп
накаливания.

«Зеленый
забор» оказался связан с выпадением на атмосферу электронов с высоты в
несколько тысяч километров, что подтверждается одновременными наблюдениями
данного феномена вблизи обоих полюсов.

«Полярные сияния
определяются выпадением электронов и протонов на атмосферу, в то время
как свечение стивов является следствием нагрева без выпадения частиц, — говорит
соавтор работы Беатрис Гальярдо-Лакур (Beatriz Gallardo-Lacourt) из
Университета Калгари. — „Зеленый забор“ порождается выпадением электронов
и, таким образом, является разновидностью полярных сияний, хотя возникает вне
авроральной зоны, что делает его уникальным».

Ученым по-прежнему неизвестно многое не только про стивы, но и про полярные сияния. В частности, лишь недавно появилась ясность с природой возникновения пульсирующих сияний. Также NASA в этом месяце провело исключительно красивый эксперимент, насыпав в сияние барий и стронций. Полярные сияния наблюдаются и на других планетах: в частности, зонд MAVEN зафиксировал его на Марсе.

Тимур Кешелава