Финские ученые выяснили, как возникают необычные полярные сияния, напоминающие слоистые облака или песчаные дюны. Это явление, получившие название авроральные дюны, было впервые зафиксировано астрономами-любителями в 2018 году. Результаты исследования опубликованы в журнале AGU Advances. Полярное сияние — свечение верхних слоев атмосферы, периодически возникающее в полярных широтах — являются продуктом взаимодействия магнитосферы Земли и солнечного ветра — потока плазмы и заряженных частиц, который Солнце испускает в космос. В ионизированном слое атмосферы — ионосфере — эти потоки возбуждают атмосферные атомы кислорода и азота, которые начинают светиться.
Отбирая фотографии для своей книги "Руководство для наблюдателей полярного сияния", Минна Палмрот (Minna Palmroth), профессор Хельсинкского университета, обратила внимание, что на некоторых снимках, сделанных фотографами-любителями, свечение имеет необычную волнистую форму, напоминающую слоистые облака или песчаные дюны, не вписывающуюся ни в одну из установленных категорий полярных сияний.
Палмрот занимается вычислительной физикой космоса и возглавляет научную группу, разрабатывающую модели околоземного космического пространства. В том числе она изучает полярные сияния, или, как говорят ученые, авроральные явления. Профессор поделилась своей находкой в группе в Фейсбуке, и буквально через несколько дней после выхода книги, астрономы-любители, снова увидев в небе свечение необычной формы, сообщили об этом ученым.
Явление было сфотографировано в Лайтиле и Руовеси на юго-западе Финляндии. Еще семь подобных событий зафиксировала камера службы Taivaanvahti ("Небесный дозор"), Финской ассоциации астрономов-любителей.
Максим Грандин (Maxime Grandin), один из авторов исследования, с помощью астрономической программы Stellarium определил азимуты и высоты звезд, находящихся за излучением. Это позволило, используя звезды в качестве опорных точек, рассчитать высоту и протяженность аврорального явления.
Ученые выяснили, что сияние происходит на высоте от 80 до 120 километров. Данная часть атмосферы раньше почти не изучалась — вести наблюдения за регионом, отделяющим электрически нейтральную часть атмосферы от ионосферы, крайне сложно. "Различия в яркости внутри волн "дюны" могут быть вызваны либо волнами осаждающихся частиц, приходящих из космоса, либо атомами кислорода, находящимися в атмосфере, — приводятся в пресс-релизе университета слова Палмрот. — Мы считаем, что "дюны" являются результатом увеличения плотности атомов кислорода".
Постоянное расстояние между гребнями "дюн" — около 45 километров — ученые объясняют наличием в мезосфере особых гравитационных волн, создающих неоднородности в распределении атомов кислорода, которые, сталкиваясь с космическими электронами, начинают светиться. Гравитационные волны, вызванные колебаниями воздуха, возникающими в атмосфере из-за наличия неровностей на поверхности Земли, поднимаются на уровень ионосферы через так называемые мезосферные отверстия, а затем изгибаются в волноводе между холодными инверсионным слоем снизу и мезопаузой сверху и начинают распространяться параллельно земной поверхности.
Авторы отмечают, что "дюны" формируются в зоне, наиболее сложной для атмосферных наблюдений, и являются следствием уникальной комбинации процессов, связанных с активностью Солнца и движением потоков ионов в атмосфере Земли. По мнению авторов, для описания этих процессов требуется объединение усилий ученых, изучающих атмосферу и космос.
