Свечение стивов объяснили независимо от «зеленого забора»

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.