Цивилизация
Необычное атмосферное явление уже не первое десятилетие попадает в объективы фотокамер фотографов-любителей, однако лишь сравнительно недавно внимание ученых на все это обратили члены группы в фейсбуке под названием Alberta Aurora Chasers. Сама группа была создана для координации усилий по отслеживанию и фотографированию северных сияний в Канаде (Альберта — одна из западных канадских провинций). Наблюдалось подобное, впрочем, и в более умеренных широтах, где северные сияния чрезвычайно редки.
Фотография Стива сделана в Принс-Джордже в канадской провинции Британская Колумбия 10 апреля 2018 года
Ryan Sault/Alberta Aurora ChasersУзкие полотнища пурпурно-зеленоватого, фиолетового и белого света, появляющиеся в ночном небе по нескольку раз в год — зачастую вместе с полярными сияниями — после предварительного изучения 2016 года решено было считать какой-то новой разновидностью полярных явлений.
Однако, как показывает свежая статья канадских геофизиков, вышедшая в журнале Geophysical Research Letters, эти таинственные потоки света по механизмам своей генерации, скорее всего, далеки от обычных полярных сияний и на самом деле должны считаться принципиально новым небесным явлением.
Свое изначально шутливое название этот феномен получил от имени таинственного персонажа из мультфильма «Лесная братва» 2006 года. Герои мультика сталкиваются с чем-то неизвестным и решают дать ему имя «Стив». Однако после доклада о необычных огнях на научной конференции 2016 года один физик-космик предложил «для солидности» так называемый бэкроним (то есть обратную аббревиатуру — набор слов, используемый для создания аббревиатуры-акронима из известного слова-неакронима). Поэтому теперь STEVE расшифровывается как Strong Thermal Emission Velocity Enhancement — сильное повышение скорости теплового излучения (или усиление тепловой эмиссии). Была еще попытка обозначить явление как «протонные дуги», но это, как выяснилось, в корне неверно.
«Наш главный вывод заключается в том, что STEVE не может быть полярным сиянием, — заявила Беатрис Гальярдо-Лакур, физик-космик из Университета Калгари в Канаде, соавтор нового исследования. —
Так что сейчас, мы, получается, еще меньше можем сказать о том, что же это такое, и это круто: то, что уже давно снимали фотографы, совершенно неизвестно ученым».
Полярное сияние — свечение верхних слоев атмосферы (ионосферы) в результате взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра (электронами и протонами), которые высыпаются из земной магнитосферы. В результате возбуждения этих электронов и протонов испускаются фотоны разных энергий, которые в видимом диапазоне дают зеленые, красные и синие всполохи. Когда частицы взаимодействуют с кислородом, они производят классическое зеленое свечение либо красное (атом возбуждается, а затем излучает соответствующий световой квант), а в результате возбуждения азота (обычно теряющего при этом электроны) получается синий и фиолетовый.
Привязанность к полярным областям объясняется тем, что потоки заряженных частиц предпочитают двигаться вдоль силовых линий геомагнитного поля по спиралям, оказываясь в конце концов в их сгущениях у полюсов, потом выпадают в так называемых полярных щелях (или каспах, точках излома).
Фотографы, наблюдавшие STEVE, решили первоначально, что подобное свечение создается возбужденными протонами, однако наблюдать подобное можно было бы лишь с помощью специального оборудования, в диапазонах, недоступных обычным камерам, так что от подобного объяснения пришлось отказаться.
В попытке понять, что же может вызывать появление необычных светлых полос, проводятся поиски соответствующих данных со спутников и наземных обсерваторий. В первом научном исследовании на эту тему 2016 года был обнаружен поток быстро движущихся ионов и энергичных электронов, проходящих через ионосферу, где наблюдался STEVE, и исследователи тогда подозревали, что эти частицы каким-то образом были связаны с подобным свечением.
Однако после того первого исследования, в котором Гальярдо-Лакур также числилась соавтором, исследователи захотели более достоверно выяснить, производится ли свечение STEVE частицами, стекающими вниз в ионосферу, как это обычно бывает с северным сиянием и подобными процессами. В новом исследовании Гальярдо-Лакур и ее коллеги проанализировали событие STEVE, наблюдавшееся над Восточной Канадой 28 марта 2008 года с помощью сети наземных камер All-Sky Imagers, которые отслеживают полярные сияния над всей Северной Америкой.
Эти изображения удалось сопоставить с данными полярного орбитального метеорологического спутника POES-17 Национального управления океанических и атмосферных исследований США, который проходил непосредственно над наземными камерами во время тех событий. Спутник оснащен датчиками, способными регистрировать заряженные частицы.
По словам авторов, спутник POES-17 не обнаружил практически никаких заряженных частиц, стекающих вниз к ионосфере из магнитосферы в тот момент, — ни протонов, ни сколько-нибудь высокоэнергетичных электронов.
Замечены лишь электроны с энергиями 0,05–1 кэВ. Это означает, что STEVE, вероятно, генерируется в результате совершенно других механизмов и представляет собой качественно новое оптическое явление, отличное от типичных сияний. Исследователи обозначают этот новый класс явлений как «skyllow» (напоминает skyglow — «небесное свечение»). Их следующий шаг — выяснить, возникают ли свечения STEVE под воздействием потоков быстрых ионов и горячих электронов в ионосфере, либо свечения порождают более высокие слои атмосферы.
По словам авторов, изучение STEVE может помочь ученым лучше понять верхнюю атмосферу и процессы, генерирующие свет в небесах.
«Это действительно интересно, потому что мы не понимаем этого, а когда у нас возникает новая проблема, это всегда интересно, — говорит Джо Боровский, физик-космик из Института космических исследований в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико), который не участвовал в этих новых исследованиях. — Как только мы думаем, что знаем уже все, оказывается, что это совсем не так».