Недавно описанные сияния оказались вовсе не полярными
Физики обнаружили, что механизм возникновения на небе стивов — окрашенных светящихся полос длиной до тысячи километров — принципиально отличается от механизма появления полярных сияний. Для этого ученые исследовали данные о стиве, описанном в 2008 году — еще до того момента, когда стало понятно, что это особый тип сияний. Вероятнее всего, свечение такого типа так же, как и полярное сияние, вызвано процессами в ионосфере Земли, но при этом оно не сопровождается сильным увеличением потока заряженных частиц, пишут ученые в Geophysical Research Letters.
В областях, расположенных вокруг магнитных полюсов Земли, часто можно наблюдать полярные сияния — свечение верхних слоев атмосферы, в которые попадают заряженные частицы солнечного ветра. В северном полушарии чуть южнее авроральных зон часто удавалось видеть и другое похожее явление — протяженные окрашенные полосы шириной около 20–30 километров и до тысячи километров в длину. Эти полосы, которые изначально астрофотографы-любители называли «протонными дугами», были известны уже не одно десятилетие, однако ученые впервые достоверно описали их только в 2016 году, а первая работа, посвященная их изучению, была опубликована только в апреле 2018 года. Такие полосы были названы стивами (англ. STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, то есть «сильное повышение скорости теплового излучения»). Считалось, что стивы по своей природе могут быть похожи на полярные сияния, однако механизм их появления до сих пор подробно не описан.
Чтобы исследовать природу этого пока мало изученного явления, группа физиков под руководством Беатрис Гальярдо-Лакур (Beatriz Gallardo-Lacourt) из Университета Калгари внимательно изучила стив, который наблюдался в Канаде 28 марта 2008 года. Ранее считалось, что формирование этих светящихся полос связано с попаданием в магнитосферу заряженных частиц, энергетические переходы которых приводят к свечению — именно так на небе появляются полярные сияния. Кроме того, высказывалась гипотеза, что в основе этого явления может лежать собственное свечение атмосферы. Тем не менее, единственное на сегодняшний день исследование стива показало, что при сияниях такого типа происходят немного другие процессы (в частности, увеличение электронной температуры и падение электронной плотности в ионосфере), и вероятнее всего, механизм возникновения стивов связан с субавроральным ионным дрейфом.
Тем не менее, для стива, исследованного в предыдущей работе, практически не было данных о заряженных частицах, которые попадали во время сияния в ионосферу. На этот раз ученым удалось обнаружить запись стива, расположение которого на небе позволило получить такую информацию. Данные об этом сиянии 2008 года были получены с использованием наземных камер, а также с помощью двух спутниковых систем: спутникового комплекса THEMIS, запущенного НАСА для изучения магнитосферных суббурь, и системы погодных спутников POES, которую Национальное управление океанических и атмосферных исследований использовало для предсказания погоды.
Полученные данные подтвердили, что процессы, которые приводят к возникновению стивов, принципиально отличают их и от полярного сияния, и от собственного свечения атмосферы (также в механизме формирования стивов не участвует и световое загрязнение атмосферы). Проанализировав количество протонов и электронов, попавших в ионосферу во время сияния, ученые обнаружили, что поток протонов все это время был практически нулевым, а все попавшие в атмосферу электороны имели довольно низкую энергию. Так, никаких следов столкновения с ионосферой электронов с энергиями от 0,03 до 2,5 мегаэлектронвольт обнаружено не было, а заметным оказался только поток электронов более низких энергий — от 0,05 до 1 килоэлектронвольта.
При этом, несмотря на заметное увеличение в субавроральной зоне потока электронов низких энергий, он все равно был примерно на два порядка меньше, чем во время обычных полярных сияний, и не мог вызвать свечения такой интенсивности. Кроме того, ученые до сих пор не исключают возможное влияние протонов на появление сияния — несмотря на их почти нулевой поток, во время начала сияния число попавших в ионосферу низкоэнергетических протонов (с энергией около 50 электронвольт) заметно выросло. Несмотря на то, что величина потока осталась очень близка к нулю, для субавроральных зон этого изменения могло хватить для начала сияния.
Ученые отмечают, что точный механизм свечения все еще остается непонятен, однако сейчас с уверенностью можно утверждать, что он сильно отличается от процессов, которые приводят к полярному сиянию. Для обозначения нового механизма авторы работы предложили использовать термин «skyglow» — небесное свечение. Вероятнее всего, связанные с сиянием процессы, так же, как и в случае с полярным сиянием, происходят в ионосфере, однако детально их изучить предстоит в будущих работах.
Недавно японские физики впервые экспериментально подтвердили теорию происхождения другого типа небесных свечений — пульсирующих полярных сияний. Оказалось, что причиной этого явления становится взаимодействие электронов с плазменными волнами в магнитосфере планеты.
Александр Дубов
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.