Как возникает северное сияние простыми словами — и почему оно бывает разных цветов

В Мурманске турист час стоит на морозе, разглядывая обычное звёздное небо, и уже собирается уходить — и тут над горизонтом разворачивается зелёная лента, которая через секунду начинает извиваться, будто её кто-то раскачивает. Через пять минут к зелёному добавляется розоватая кайма снизу, и это уже совсем не похоже на то фото из инстаграма, которое мотивировало на поездку.

Северное сияние — редкий случай природного явления, у которого есть вполне конкретный, изученный механизм, а не туманная формулировка «магия неба».

Зная, что именно происходит на высоте в сотни километров над головой, начинаешь по-другому смотреть на цвет, форму и поведение сполохов — и понимаешь, почему одно и то же явление на разных фотографиях выглядит совершенно по-разному.

Что вообще происходит на самом деле

Всё начинается на Солнце, которое постоянно выбрасывает в космос поток заряженных частиц — протонов и электронов, известный как солнечный ветер. Во время вспышек и выбросов на Солнце этот поток становится особенно мощным, и спустя 30–50 часов облако частиц долетает до окрестностей Земли.

Магнитное поле планеты защищает нас от прямого удара этого потока, но не полностью: часть частиц захватывается магнитосферой и стекает вдоль силовых линий к полюсам.

Именно поэтому сияние видно только в высоких широтах, а не по всей планете. Долетев до верхних слоёв атмосферы на высоте от 80 до 400 километров, частицы сталкиваются с атомами кислорода и азота, передавая им свою энергию.

Почему чаще всего сияние зелёное

Атом, получивший избыточную энергию при столкновении, переходит в возбуждённое состояние, а возвращаясь в обычное — испускает квант света определённого цвета. Самый частый сценарий разворачивается на высоте 100–300 километров, где в столкновения вступает кислород — именно он даёт характерное зелёное свечение, которое чаще всего и ассоциируется с северным сиянием.

У кислорода здесь есть особенность: возврат в основное состояние занимает у него около ¾ секунды, а зелёное свечение способно длиться до двух минут, прежде чем сменится другим цветом.

Это одна из причин, почему зелёные ленты сияния часто выглядят такими протяжёнными и медленно меняющимися.

Откуда берётся красный цвет

Красные и алые всполохи — куда более редкое зрелище, потому что возникают выше, на высоте 300–400 километров, где воздух сильно разрежён.

Здесь тот же кислород при столкновении с частицами излучает уже не зелёный, а красный свет — но такое происходит только при достаточно мощных вспышках солнечной активности, поэтому и наблюдают это реже, чем привычный зелёный.

А что даёт синий и фиолетовый

За холодную часть палитры отвечает уже не кислород, а азот — на более низких высотах, ближе к 100 километрам и ниже.

В зависимости от того, что именно происходит с атомом азота — теряет он электрон или, наоборот, возвращается из возбуждённого состояния, — свечение получается либо синим, либо красноватым, а их смешение с основным зелёным часто и создаёт те фиолетовые и розовые оттенки по нижнему краю сияния, которые особенно ценят фотографы.

Почему на фотографиях сияние ярче, чем на самом деле

Есть нюанс, который часто сбивает с толку тех, кто впервые едет «на охоту» за сиянием: человеческий глаз в темноте видит цвет гораздо хуже, чем камера.

При слабом освещении зрение переключается на чувствительные к яркости, но почти не различающие цвет клетки сетчатки — поэтому вживую сияние часто выглядит бледно-зелёным или сероватым, а не таким насыщенным, как на снимках с длинной выдержкой.

Камера же за несколько секунд экспозиции успевает накопить достаточно света, чтобы вытащить из тех же фотонов полную гамму оттенков. Разочарование туристов, ожидавших увидеть «как на фото» — обычно результат именно этой разницы, а не слабого сияния.

Где и когда ловить сияние в России

Главная точка на карте страны — Мурманская область, расположенная за полярным кругом, где сезон наблюдений тянется с конца августа по апрель, а пик активности приходится на ноябрь–февраль. Помимо самого Мурманска, одной из лучших локаций считается посёлок Териберка на северо-восточном побережье Кольского полуострова.

Ключевые условия для удачной охоты — ясное безоблачное небо, минимум городской засветки и, желательно, отслеживание геомагнитного Kp-индекса: чем он выше, тем южнее сияние может опуститься и тем ярче будет свечение даже в черте города.

Морозная и ясная ночь — не гарантия, но точно необходимое условие: даже при высокой солнечной активности плотная облачность способна полностью закрыть небо от наблюдателя.