В аномальной яркости северного сияния обвинили плазму

Ученые из Японии объяснили причину аномально ярких изгибов северного сияния (westward travelling surge) движением плазмы в верхних слоях атмосферы Земли. Работа, объясняющая суть явления, опубликована в Journal of Geophysical Research.
Исследователи из Киото провели магнитогидродинамическое моделирование, по результатам которого описали сценарий образования и распространения характерного изгиба северного сияния, который называют westward travelling surge — WTS («движущийся к западу изгиб»). Это очень яркий изгиб, который наблюдается даже в светлое время суток, и действительно смещается непременно к западу — это связано с тем, что по дуге в горизонтальном направлении текут токи с востока на запад, в направлении, обратном вращению Земли.

Согласно модели японских ученых, плазма, удерживаемая в ионосфере (сильно ионизированном вследствие облучения космическими лучами слое атмосферы) магнитным полем нашей планеты, сжимается и движется в сторону Земли в областях над ее полюсами (в этих местах сходятся силовые линии магнитного поля). На этом пути перпендикулярный поток частиц трансформируется — плазма начинает «растекаться» параллельно силовым линиям. Давление в плазме усиливается, в результате чего образуется поток заряженных частиц, ориентированных по направлению магнитного поля. Попадая в ионосферу, этот ток и генерирует начальное сияние. Дальнейшее движение частиц вынуждает плазму распространяться на восток и запад. Проводимость ионосферы в этих областях растет, возникает эффект Холла, то есть генерируется разность потенциалов. В результате плазма движется против часовой стрелки — дополнительная завихренность движения приводит к образованию локализованных восходящих потоков в низких атмосферных слоях, что и проявляется в виде WTS.

Ранее ученые предлагали разные теории возникновения WTS, но все они объясняли явление лишь частично и до сегодняшнего дня процесс, лежащий в основе «завихрений» подобной яркости, оставался неясен. Исследователи полагают, что результаты их моделирования помогут решить многие проблемы, возникающие во время WTS, в том числе уменьшить сбои в работе спутников и электросетей.

Северное сияние — яркое свечение в верхних слоях атмосферы. Оно возникает в результате столкновения заряженных частиц солнечного ветра с магнитным полем Земли. В полярных широтах, где силовые линии пронизывают атмосферу и уходят в глубь Земли, частицы сталкиваются с молекулами атмосферных газов, ионизируя их. При этом часть атомов переходит в возбужденное состояние и испускает свет с присущей им длиной волны (водород — красный, азот — желтый, кислород — красный на большой высоте и зеленый — ниже).

Александра Стуккей