Почему северное сияние такое?

​Что такое полярное (северное) сияние, почему оно видно только в полярных областях и почему оно именно таких цветов? Попробуем разобраться.

В целом полярное сияние — это люминисценция атмосферы при прохождении сквозь неё высокоэнергетичных (проще говоря, быстрых) заряженных частиц — протонов и электронов. Эти частицы извергаются Солнцем и долетают до нашей Земли — их поток ещё называют солнечным ветром. Пролетая через атмосферу, частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами воздуха, переводя их атомы в возбуждённое состояние. Через некоторое время возбуждённые атомы «успокаиваются», излучая переданную им энергию в виде электромагнитного излучения — света.

Молекулы земной атмосферы — это в первую очередь азот и кислород. Именно поэтому основными цветами северного сияния являются зелёный (линии излучения азота на 558 нанометра и кислорода на 523 нанометра), сине-фиолетовый (линия излучения азота на 438 нанометра) и красный (линии излучения кислорода на 630 и 636 нанометра).

Но почему полярные сияния видны лишь у полюсов? Дело в том, что до земли доходит лишь незначительная часть солнечного ветра: большая часть высокоэнергетических частиц отражается магнитным полем Земли. Но в полярных областях в магнитосфере существуют как бы прорехи — так называемые каспы, через которые заряженные частицы всё-таки могут проникать в атмосферу и ионизировать молекулы воздуха.

Кстати, в ходе полярных сияний выделяется довольно большое количество энергии, сравнимое со взрывом атомной бомбы в десятки или даже сотни килотонн! К счастью, эта энергия распределена по значительному пространству и выделяется в сравнительно безопасном виде. Так что пока от северных сияний никто не пострадал. 

Стоит добавить, что в целом полярные сияния — достаточно высокоэнергетические процессы, в ходе которых выделяется энергия в десятки, а порой и в сотни килотонн. К счастью, эта энергия распределена по достаточно большим пространствам и выделяется в сравнительно безопасной форме, так что наблюдения за полярными сияниями вполне безопасны.