Тайна северного сияния раскрыта: учёные нашли двигатель небесного света в космосе

Полярные сияния — одно из самых завораживающих явлений на Земле, которое веками вдохновляло людей и оставалось загадкой для науки. Учёные давно знали, что эти вспышки света связаны с солнечными частицами и магнитным полем планеты, однако механизм, питающий сияния энергией, долго оставался неясным. Теперь исследователи из Гонконгского университета (HKU) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) нашли ответ. Об этом сообщает журнал Nature Communications.

Тайна энергии полярных сияний

Полярные сияния возникают, когда потоки заряженных частиц Солнца сталкиваются с верхними слоями атмосферы Земли, высвобождая свет в виде красочных лент и всполохов. Но как именно эти частицы ускоряются до таких скоростей, чтобы достичь атмосферы, оставалось предметом научных дискуссий.

Новое исследование подтвердило, что ключевую роль в этом процессе играют волны Альфвена — плазменные волны, распространяющиеся вдоль линий магнитного поля Земли. Они действуют как естественные ускорители, передавая энергию электронным потокам и направляя их к полюсам планеты.

"Плазменные волны обеспечивают постоянную подпитку электрических полей, которые ускоряют заряженные частицы в атмосферу. Именно это взаимодействие создаёт полярные сияния", — отмечают авторы исследования.

Подобные волновые процессы фиксировались и при других космических явлениях, включая вспышки на Солнце и связанные с ними магнитные возмущения, которые могут влиять на поведение сияний и их интенсивность.

Как учёные подтвердили гипотезу

Исследовательская группа использовала данные нескольких спутников NASA — Van Allen Probes и миссии THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms). Эти аппараты наблюдают за процессами в магнитосфере Земли, фиксируя мельчайшие колебания плазмы и электрических полей.

Анализ показал, что волны Альфвена не просто сопровождают вспышки сияния, но и являются их непосредственным "двигателем". Они непрерывно подпитывают электрические поля энергией, не давая им рассеяться, и направляют потоки электронов вниз, в верхние слои атмосферы. Там электроны сталкиваются с молекулами кислорода и азота, вызывая свечение, которое мы наблюдаем с Земли.

Универсальная модель для всей Солнечной системы

По словам руководителя исследования, профессора Чжунхуа Яо из Гонконгского университета, результаты имеют значение не только для понимания земного сияния.

"Это открытие не только даёт окончательный ответ на вопрос о физике земного полярного сияния, но и предлагает универсальную модель, применимую к другим планетам нашей Солнечной системы и за её пределами", — пояснил он.

Команда HKU ранее занималась изучением сияний на гигантских планетах, таких как Юпитер и Сатурн, где наблюдаются схожие процессы взаимодействия магнитных полей и солнечного ветра. Новые данные позволили объединить эти направления исследований и показать, что физика сияний подчиняется единым законам.

Похожие межпланетные закономерности недавно обсуждались и при анализе мощных извержений на луне Юпитера — Ио, где взаимодействие магнитных полей также играет решающую роль.

Значение открытия

Результаты работы закрывают многолетнюю научную дискуссию о том, что именно питает энергию полярных сияний. Теперь ясно, что их источник — в плазменных волнах, переносящих энергию от солнечного ветра к магнитному полю Земли.

Это открытие также поможет лучше прогнозировать космическую погоду и защитить спутники, навигационные системы и электросети от воздействия солнечных бурь.

Исследование учёных из HKU и UCLA стало важным шагом к пониманию природы одного из самых красивых явлений на планете. Полярное сияние оказалось не просто результатом солнечного ветра, а сложным танцем плазменных волн и магнитных полей — универсальным процессом, объединяющим Землю с другими мирами Солнечной системы.