Аврора

Автор: Атанас Кумбаров

От  праисторически времена хората си били удивлявани от танцуващите в небето  светлини – най-близкият и най-внушителен космически феномен.
Грандиозните Аврора са били причина за измисляне на митологични  същества, те са били неразделна част от фолклора и въздействали на историята,религията и изкуството.

Първите писмени данни за Аврора датират от 2600 години преди новата ера  от Китай: „Фу-Пао, майката на жълтата империя Шуан-Ян, видя силни  движещи се светлини около звездата Су,която принадлежи на съзвездието  Бей-Доу и светлината осветяваше целия терен.” Хиляди години по-късно  през 1570 година Аврора е била нарисувана като свещи, горящи над облаците.

През 1619 година Галилео Галилей въвежда термина „Аврора бореолис” по името на римската богиня на зората Аврора. Той имал погрешното схващане, че Аврора е отражение на слънчевите лъчи от горните слоеве наатмосферата.  Хенри Кейвъндиш извършил наблюдения на Аврора през 1790 година. Той използвал техника, наречена триангулиране, за да изчисли, че светлината идва от 100 – 130 км височина. През 1902-1903 година Кристиян  Бъркеленд, норвежки физик, заключил от неговия „експеримент терела”, че светлината на Аврора е следствие от токове, протичащи през газовете от горните слоеве на атмосферата. По същия начин работят модерните неонови лампи.

Речник
Аврора Бореолис – северно сияние – Нордлис (норвежки)

Аврора Австралис – южно сияние – Сорлис (норвежки)

Аврора Поларис – поларно сияние – Поларис (норвежки)

Какво причинява Аврора?

Северните сияния произхождат от Слънцето. По време на големи  слънчеви изригвания, огромни количества слънчеви частици биват изхвърлени в космоса от Слънцето. Тези облаци от плазма пътуват в  пространството със скорост, варираща от 300 до 1000 км/с.

Но дори и при толкова високи скорости (над 1 000 000 км/ч) са нужни  около три дена на облаците плазма, за да достигнат до Земята. Когато те наближат планетата, те биват уловени от земното магнитно поле (магнитосферата) и биват насочени към двата магнитни полюса; геомагнитния северен полюс и геомагнитния южен полюс. По пътя им надолу  към геомагнитните полюси, слънчевите частици биват спирани от земната  атмосфера, която действа като щит за тези смъртоносни частици.

Когато слънчевите частици бъдат посрещнати от атмосферата, те се  сблъскват с атмосферните газове и енергията, освободена от сблъсъка, се  излъчва под формата на фотон – частица светлина. И когато има много  такива сблъсъци се наблюдава Аврора – светлини, които се движат в  небето.

За да може човек да наблюдава Аврора с невъоръжено око са нужни около 100 милиона фотона.

Слънцето

Енергията на Слънцето произлиза от неговото ядро, където температурата надхвърля 15 милиона градуса, а налягането е 250 милиарда по-голямо от това на земната повърхност. Така водорода от ядрото на Слънцето се слива в хелий. Температурата на повърхността на Слънцето е приблизително 5800 градуса.

Слънчевата активност се променя периодично на всеки 11 години. Когато е  върха на броя на слънчевите петна казваме, че има„слънчев максимум”.  По същия начин, когато слънчевите петна намалеят драстично имаме  „слънчев минимум”. Колкото повече слънчеви петна има,толкова повече  частици биват изхвърлени в пространството, следователно има повече  полярни сияния. Последният слънчев максимум беше през 2001-2002 г., а  следващият се очаква към 2011-2012 година.

Слънчевите петна са кръпки на повърхността на Слънцето, породени от  силните му магнитни полета. След като тези зони са по-хладни (с около  1000 градуса) от заобикалящото ги пространство, те изглеждат по-тъмни. Слънчевите петна са визуален знак за процес, изхвърлящ заредени частици  в космоса. Тези заредени частици могат да бъдат прихванати от земното  магнитно поле и да образуват Аврора.

Газ от електрони и йони бива постоянно излъчван от Слънцето. Този поток  от газ се нарича слънчев вятър. В слънчевия вятър се наблюдават  вихрушки и бури. Когато такава буря удари Земята са наблюдава много  интензивна Аврора. Притакова положение северните и южните сияния се  спускат много по-близо до екватора, отколкото при нормални условия.

Честота на проявление

В аврорната зона, Аврора може да бъде видяна почти всяка ясна зимна нощ. Има и други редовни вариации:

– Аврора е най-силна между 22:00 и 00:00 часа.
– Брилянтните аврора най-често се появяват на периоди от 27 дена,  понеже активните зони на Слънцето са обърнати към Земята на всеки 27  дена – едно завъртане на Слънцето около оста му.
– Северните светлини са по-често наблюдавани през късната есен и  ранната пролет. Октомври, февруари и март са най-добрите месеци за наблюдение на аврора от северна Норвегия.
– Северните светлини съответстват на слънчевите минимуми и максимуми, но закъсняват с една година.
– Активността на северните сияния е 20-30% по-малка по време на слънчевите минимуми, отколкото по време на слънчевите максимуми

При слънчев максимум северните сияния могат да се наблюдават от следните зони със съответна честота:

Анденес, Норвегия – почти всяка тъмна и ясна нощ
Феърбенкс, Аляска – пет до десет пъти месечно
Осло, Норвегия – около три пъти месечно
Северна Шотландия, Великобритания – около един път месечно
Границата между САЩ и Канада – два до четири пъти годишно
Мексико и средиземноморските страни – един до два пъти на десетилетие
Южно от средиземноморските държави – един до два пъти на век
Екватор – един път на два века

Височина

До към 1915 година височината на полярните сияния е бил един от най-обсъжданите научни въпроси. Прецизните измервания на аврорната височина са направени от Карл Стормър между 1910 и 1940 година, използвайки паралаксов метод. Двама наблюдатели – раздалечени на 50 до 100 км един от друг – правят снимки на една и съща Аврора по едно и също време. От звездите на снимките се изчислява ъгловото разстояние и така се намира височината. Въз основа на 20 000 паралактични снимки на Аврора, Стормър и неговите асистенти прецизно изчисляват средната височина на северните сияния. Повечето сияния се намират на височина между 90 и 150 км. Понякога се наблюдават и на 500 км височина. Средната височина е между 100 и 120 км.

С помощта на чувствителни светлинни метри – наречени аврорни фотометри – е бил проучен височинният профил на много различни нощни и няколко дневни Аврори. Те са били изстреляни с ракети от Свалрак. Горният край на сиянията е много по-високо, отколкото се предполагало преди. Някои от червените лъчи могат да достигнат 500 км височина. Освен това максимума на светлините се увеличава с височината. Обикновено долната граница е 90 км, а максимума между 110 и 150 км.

Цветове

Слънцето излъчва всички видими цветове, за това светлината му е бяла. Спектъра на Аврора, от друга страна не е непрекъснат, но е съставен от поредици спектрални линии от видимата, ултравиолетовата и червената светлина. За да разберем как газовете от атмосферата излъчват светлина, трябва да  разберем строежа на атомите и молекулите, както и какво причинява Аврора.

Основната част от теорията за сиянията е, че електрически заредени частици възбуждат атмосферните газове и електроните започват да обикалят ядрото в различна орбита, поради допълнителната енергия. Възбудената частица е нестабилна и отдава излишната енергия под формата на светлинен лъч.

Атмосферата се състои предимно от азот и кислород. Цветовия спектър на  излъчване на атмосферните газове е показан на следната графика:

Определен газ излъчва фотони с определена дължина на вълната. Чрез  измерване на дължината на вълната могат да бъдат определени газовете от  горната атмосфера.

Силната зелена светлина се проявява на височина между 120 и 180 км.  Червените северни сияния се проявяват дори на по-големи височини, докато синята и виолетовата предимно се проявяват по-ниско от 120 км.  Когато Слънцето е „бурно”, червеният цвят се получава на 90-100 км  височина. Понякога могат да се видят напълно червени сияния,обикновено  на по-ниски географски ширини и често биват бъркани за пожар на  хоризонта.

Интензитет на аврора

Сравнена със светлината от Слънцето и Луната, яркостта на сиянията е  доста по-слаба. С новите оптични инструменти е възможно изучаването на  слаби сияния с интензитет, който е доста под възможностите на човешкото  око.

Слабите северни сияния имат яркост, сравнима с тази на Млечния път – нашата галактика.
Средно силните северни сияния са по-ярки от повечето звезди. Така по време на средно силна Аврора не могат да се видят звезди, които са зад светлините.
Силните северни сияния могат да бъдат сравнявани с Луната. Сиянията  са по-ярки от звездите и са от 100 до 1 000 пъти по-ярки от най-слабата  наблюдаема светлина.

Източник: nauka.bg