Полярное сияние (лат. Aurora Borealis, Aurora Australis) — это свечение верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с
заряженными частицами солнечного ветра. Снимки собранные в этом выпуске были сделаны фотографом Фрэнсисом Андерсоном на северо-западной территории Канады.
1. Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из
области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем.
2. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы).
3. Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика. Экспериментально установлено, что ключевую роль в
стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.
4. В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызваны низкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу
через северный и южный полярные каспы (воронкообразные области на геомагнитных широтах). В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в
околополуденные часы.
5. При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых
атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние.
6. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в
видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.
7. Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой в соответствии с
барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты. Так, для Земли с её достаточно сложным
составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы
обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.
8. Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах.
9. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца. На дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной —
20—23°.
10. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°. Однако во времена солнечной активности
авроральный овал расширяется, и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления.
11. Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом.
12. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям.
13. Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.
14. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии. Так за одно из зарегистрированных в 2007 году возмущений выделилось примерно
столько же энергии, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.
15. При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей».
16. Одной из причин полярного сияния могут быть геомагнитные бури.