Полярные сияния — порождения солнечного ветра, то есть постоянно летящего от светила потока его собственного вещества: протонов, электронов и даже целых гелиевых ядер. В основном обширная земная магнитосфера сдерживает всю эту бомбардировку в сотнях и тысячах километров над планетой, но у нее есть два уязвимых места: Северный и Южный полюса. Силовые линии магнитного поля Земли выходят из одного из них и, обогнув мир, входят в другой полюс. Поэтому именно там заряженные частицы Солнца получают возможность встретиться с более плотными слоями атмосферы.
Атомы и целые молекулы в атмосфере от этой атаки временно приходят в возбужденное состояние: носящиеся вокруг их атомных ядер электроны переходят на более высокие «орбиты». Вскоре они возвращаются на прежние уровни, но не без видимых последствий: в момент обратного перемещения каждого электрона испускается фотон. Отсюда и свечение.
Его цвет зависит от конкретного вещества, атакованного солнечными частицами, а также от высоты: к примеру, кислород на высотах примерно от 100 до 300 километров светится зеленым, выше — красным. Синий и фиолетовый оттенки бывают от азота на сравнительно небольших высотах.
В любом случае полярные сияния в основном цветные, но время от времени в них бывают белые или «серовато-белые» световые «шлейфы». Для них до сих пор не было предложено четкого объяснения. Как известно, белый свет объединяет в себе весь видимый спектр, то есть все возможные длины волн видимого света. Недавно природу этих необычных полярных сияний решила прояснить команда ученых из Канады и США.
В статье для издания Nature Communications исследователи обобщили наблюдения 30 таких случаев и обратили внимание, что по своим характеристикам эти сияния очень похожи на другой не менее интересный атмосферный феномен — так называемый стив. Это эффектная, яркая бело-фиолетовая полоса, которая тянется на сотни километров и пересекает немалую часть ночного неба.
«Стивом» ее окрестили на самом деле в шутку, вспомнив эпизод из популярного мультфильма, где герои решают назвать так новое неизвестное явление. Позже в NASA решили «узаконить» этот термин и предложили использовать его как аббревиатуру STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, «Сильное повышение скорости теплового излучения».
Физики пришли к выводу, что такая полоса свечения идет от потока очень горячего газа на высоте примерно 300 километров над Землей. Интересно, что стив открыли исследователи полярных сияний, и они подозревают в нем то же последствие влияния солнечных частиц на атмосферу, только связанное не с возбуждением атомов, а с нагревом.
Для белых и серо-белых вкраплений в полярные сияния теперь предложили похожий механизм возникновения. По словам ученых, это может быть хемилюминесценция — свечение из-за химических реакций, в данном случае спровоцированных экстремальным нагревом верхних слоев атмосферы. Как подчеркнули исследователи, полярные сияния оказались гораздо более сложным процессом, чем предполагалось.