Электрическая радуга: почему полярные сияния на Земле имеют разный цвет

Фото: EPA/UPG

Серия мощных вспышек на Солнце на прошлой неделе, которые возникли вместе с выбросами плазмы в космос, привели к появлению на выходных ярких полярных сияний на Земле. Обычно эти явления наблюдаются ближе к полюсам, но даже на территории Украины их можно было увидеть. Ученые считают, что Солнце приближается к пику своей активности, а значит происходит все больше вспышек и выбросов плазмы, которая достигает Земли и провоцирует появление полярных сияний в неожиданных местах. Известно, что эти электрические радуги могут иметь разный цвет. Но почему так происходит? Об этом пишет Phys.

Как появляется полярное сияние?

Полярные сияния на Земле возникают из-за того, что в атмосферу Земли на высокой скорости врезаются потоки заряженным частиц, выпущенных Солнцем. В основном это электроны. Чем выше солнечная активность, тем больше заряженных частиц попадает на Землю.

Наша планета защищена магнитным полем от попадания таких частиц, но на полюсах они все же проникают в атмосферу Земли. В основном она состоит на 80% из азота и на 20% из кислорода, и крошечного количества других элементов и соединений.

Когда электроны на высокой скорости проникают в верхние слои атмосферы, то там они сталкиваются с молекулами кислорода (О2) и расщепляют их на отдельные атомы. Эти атомы в результате находятся в возбужденном состоянии, то есть электроны атомов расположены нестабильно и выделяют энергию в виде света.

Причина зеленого цвета полярного сияния

Атомы разных химических элементов излучают свет разного цвета, когда они возбуждены или заряжены энергией. Например, атомы меди дают синий свет, бария — зеленый, а натрия — желто-оранжевый.

В основном полярные сияния имеют зеленый цвет, который излучают атомы кислорода, когда переходят из одного энергетического состояния в другое. В среднем такой переход занимает примерно секунду по времени. Но этот переход настолько медленный, что обычно он не происходит при давлении воздуха, которое наблюдается на уровне земли. Возбужденный атом кислорода в этом случае потеряет энергию, столкнувшись с другим атомом, прежде чем выпустит яркий зеленый свет.

Но в верхних слоях атмосферы, где давление воздуха меньше и более низкий уровень концентрации молекул кислорода, у атомов есть больше времени прежде, чем они столкнуться, а значит есть время для выброса зеленого света.

Причина красного цвета полярного сияния

Зеленый свет атомов кислорода происходит в результате так называемого "запрещенного" перехода между энергетическими состояниями, когда электрон совершает перемещение с одной орбиты на другую. Но после того, как атом кислорода выпустил зеленый свет, он оказывается в еще одном возбужденном состоянии, когда происходит еще один энергетический переход и происходит излучение красного света, что происходит не так и часто.

Поскольку для достижения такого энергетического состояния атому требуется примерно 2 минуты, то есть это очень много времени, красный свет возникает только на очень большой высоте, где столкновения с другими атомами и молекулами происходят очень редко.

На такой высоте очень мало кислорода, а значит красные полярные сияния возникают только во время очень сильной солнечной активности. Такие сияния наблюдали жители многих регионов Земли несколько дней назад.

Другие цвета полярного сияния

Большинство полярных сияний имеют зеленый цвет и намного реже – красный. Но эти явления могут иметь и другие цвета. Например, молекулы азота, ионизированные солнечными частицами, могут выпускать синий и красный цвет. Таким образом на малой высоте полярные сияния могут иметь фиолетовый оттенок.

Если полярное сияние очень яркое, то все вышеперечисленные цвета можно увидеть невооруженным глазом.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform