30 квітня 1897 року англійський фізик Дж. Дж. Томсон виступив із доповіддю на засіданні Лондонського королівського товариства. У ній він розповів про свої експерименти з катодно-променевими трубками, що дозволили виявити раніше невідомі частинки. Томсон назвав їх корпускулами, але незабаром за ними закріпилася інша назва — «електрони».
Відкриття електронів стало однією з найвизначніших подій в історії науки. Воно заклало основи сучасної моделі атома, що згодом дозволило пояснити багато раніше незрозумілих процесів і явищ — зокрема природу полярних сяйв. На честь 125-річного ювілею доповіді Томсона ми хотіли б розповісти про те, чому виникають полярні сяйва та якими вони є на різних планетах Сонячної системи.
Як виникають полярні сяйва
Земні полярні сяйва виникають у результаті взаємодії сонячного вітру (він складається з протонів, електронів та ядер гелію) з магнітним полем нашої планети. При зіткненні заряджених частинок з атомами та молекулами земної атмосфери останні збуджуються, що виявляється у появі характерного світіння, яке називається полярним сяйвом.
Де можна побачити полярні сяйва
Зазвичай полярні сяйва можна спостерігати лише у високих широтах. Це пов’язано з тим, що частинки сонячного вітру рухаються вздовж силових ліній магнітного поля Землі та переносяться у бік полюсів. Втім, у періоди підвищеної сонячної активності та найпотужніших спалахів вони виникають і в нижчих широтах. Так, під час сонячного супершторму 1859 року полярні сяйва спостерігалися в Карибському морі. А 41 тисячу років тому вони навіть досягали екватора.
Кольори полярних сяйв визначаються складом атмосфери. Земні полярні сяйва переважно мають червоне і зелене забарвлення. Червоне сяйво виникає через світіння кисню, зелене — азоту.
Важливо зазначити, що Земля далеко не єдине тіло Сонячної системи, де виникають полярні сяйва. Їх можна побачити й на інших планетах, які мають атмосферу. Втім, вони можуть відрізнятися від земних. Але про все по черзі.
Полярні сяйва на Венері
Венера не має власного магнітного поля. Однак це не означає, що на ній відсутні полярні сяйва. Впродовж багатьох років астрономи відзначали незвичайні спалахи на нічному боці планети, які зазвичай збігалися з періодами підвищеної сонячної активності. Зараз вважається, що це світіння виникає внаслідок зіткнення частинок сонячного вітру з венеріанською атмосферою, що цілком можна назвати аналогом полярного сяйва.
На відміну від земних, полярні сяйва на Венері не обмежені її полюсами. Вони являють собою світлі та дифузні групи плям різної форми та інтенсивності, що іноді зачіпають весь диск планети. Втім, оскільки атмосфера Венери містить шар густого серпанку, їх неможливо побачити з поверхні — лише з космосу.
Полярні сяйва на Марсі
У далекому минулому Марс мав власне магнітне поле. Відтоді у корі планети залишилася низка намагнічених ділянок. Через це марсіанські полярні сяйва можуть виникати не тільки в полярних, а й екваторіальних регіонах Червоної планети.
Думки вчених щодо того, чи зможуть майбутні підкорювачі Марса побачити його полярні сяйва, розходяться. Річ у тім, що основна частина їхнього випромінювання припадає на ультрафіолетовий діапазон. Однак результати деяких досліджень свідчать про те, що за певних умов їх все ж таки можна спостерігати неозброєним оком. Згідно з розрахунками, переважним кольором марсіанських полярних сяйв має бути синій із можливими вкрапленнями червоного та зеленого.
Полярні сяйва на планетах-гігантах
Планети-гіганти Сонячної системи мають набагато сильніші магнітні поля, ніж наша. Тому їхні полярні сяйва помітно потужніші за земні. Водночас, оскільки ці планети є «зовнішніми» стосовно Землі, ми можемо бачити лише їхні денні сторони. Тому їх полярні сяйва губляться у відбитому сонячному світлі.
У результаті астрономам доводиться досліджувати полярні сяйва планет-гігантів в інфрачервоному та ультрафіолетовому діапазонах. Ці спостереження піднесли низку сюрпризів. Виявилося, що полярне сяйво на Сатурні є найвищим у Сонячній системі. Воно утворюється на висоті 1200 км.
Що ж до Урана, його магнітні полюси навіть приблизно не збігаються з географічними. У результаті ураніанські полярні сяйва висвітлюють небо зовсім над полярними регіонами планети. Вони простягаються від північної півкулі до екватора й опускаються у південну півкулю.
Ще незвичайнішими є полярні сяйва Юпітера. Супутники планет-гігантів прямо впливають на магнітосферу газового гіганта, де утворюються яскраві області полярного сяйва. Особливо велику роль цьому процесі відіграють вулканічні викиди з Іо.
І, нарешті, варто згадати Ганімед. Він є єдиним супутником планети Сонячної системи, що має власне магнітне поле. Зібрані апаратами Galileo та Juno дані свідчать, що над його полюсами також періодично виникають сяйва.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтесь: https://t.me/ustmagazine
