Электрический Мир Молний и не только. Спрайты (Земля). Полярные сияния Юпитера и не только. Часть 4

***

Заметки на полях

***

Электрический Мир Молний и не только. Спрайты (Земля). Полярные сияния Юпитера и не только. Часть 4

***

Спрайты

Спрайт (англ. sprite — фея; эльф) — вид электрических разрядов холодной плазмы, бьющей в мезосфере и термосфере. Явление спрайтов было теоретически предсказано в 1924 году. Спрайты трудноразличимы, но они появляются в сильную грозу на высоте примерно от 50 до 130 километров (высота образования «обычных» молний — не более 16 километров) и достигают в длину до 60 км и до 100 км в диаметре. Спрайты появляются через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся менее 100 миллисекунд.

***

Спрайты или красные спрайты -

 это крупномасштабные электрические разряды,

 которые возникают высоко над грозовыми облаками или кучево-дождевыми облаками,

 порождая разнообразные визуальные формы, 

мерцающие в ночном небе. 

Они обычно вызываются разрядами положительной молнии между нижележащим грозовым облаком и землей.

Спрайты появляются в виде светящихся красно-оранжевых вспышек.

Они часто встречаются в скоплениях над тропосферой в диапазоне высот 50-90 км (31-56 миль).

Спрайты – это мощные, яркие вспышки обычно красного цвета, возникающие высоко в атмосфере, выше грозовых туч, на высоте от 80 км. В диаметре они могут быть от 50 км и более.

*

Ранее считалось, что спрайты – это разновидность молнии, но впоследствии было установлено, что это скорее определённый тип плазмы.

*

 Спрайты напоминают большую красную медузу с длинными синими щупальцами. Их сложно сфотографировать с земли, но есть много снимков, сделанных с самолетов.

*

*

*

*

*

*

***

Полярные Сияния

Полярное сияние, северное сияние (Aurora Borealis), южное сияние (Aurora Australis), аврора (Aurora), устар. «па́зори» — свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. 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.

Наверняка те, кто хоть раз в жизни видел своими глазами северное (или южное) полярное сияние, скажут, что это просто фантастическое зрелище. Чудо природы планетарного масштаба, грандиозное явление, которое человек может наблюдать на Земле невооруженным глазом. Свечение атмосферы на высотах в сотни и на удалении в тысячи километров настолько разноцветно и динамично, что производит впечатление чего-то живого, движущегося, дышащего…

По определению, полярные сияния — это свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

Факторы, требующиеся для возникновения полярного сияния:

-  Солнечный ветер, представляющий из себя поток заряженных частиц — протонов, электронов, ядер гелия и др. — Имеется всегда во всей Солнечной системе.
У планет или их спутников:

-  Атмосфера, с атомами которой будет взаимодействовать солнечный ветер.

-  Магнитное поле, направляющее заряженные частицы в определенную область планеты (не обязательно в полярную, — угол между магнитной осью и осью вращения планеты, может быть значительным.)

*

*

https://habrastorage.org/webt/sc/lw/2o/sclw2oc2pwruy9npmt7hhzottmu.gif

Видео, иллюстрирующее механизм возникновения полярного сияния 

Это обуславливает цвет полярных сияний: например, за зеленый цвет отвечает кислород (его наиболее сильная линия), а за фиолетовый, синий или красный — азот. Вообще же, у каждого сияния своя неповторимая палитра цветов, зависящая от постоянно меняющегося процентного химического состава атмосферы.

Редкие на Земле, но встречающиеся ещё только на Юпитере, — рентгеновские авроры.

Сильнейшее рентгеновское полярное сияние, зафиксированное 11 апреля 1997 года орбитальным спутником Polar. На картинке видны рентгеновские лучи (в условных цветах), порожденные в верхней атмосфере и обусловленные потоками электронов высоких энергий.

Протонные полярные сияния

Тоже достаточно редкое явление на Земле и его вклад в свечение неба Земли относительно невелик.

Протоны, попадая в атмосферу Земли, также сталкивается с молекулами и атомами атмосферных газов, возбуждая и ионизуя их. Но при этом протон может захватить свободный электрон и произойдет процесс перезарядки. В результате образуется нейтральный атом водорода, который может испускать фотоны в видимом и УФ-диапазонах.

Красная протонная арка, штат Мичиган

N.B. Более подробно Полярные  Сияния Земли мы рассмотрим в последующих выпусках

***

Полярные сияния других планет Солнечной системы

На Меркурии практически нет полярных сияний. Несмотря на имеющееся магнитное поле, интенсивность которого, правда, в 100 раз меньше земного, атмосфера на планете фактически отсутствует. Она настолько разрежена, что сами частицы солнечного ветра и составляют атмосферу планеты, вкупе с атомами, выбитыми с поверхности. Атомы атмосферы чаще сталкиваются с планетой, чем друг с другом.

На Венере ситуация, противоположная Меркурию — густая и плотная атмосфера и отсутствие глобального магнитного поля. Но несмотря на это, слабая магнитосфера у Венеры имеется — она индуцирована самим солнечным ветром, а не планетой.

В 2000-х аппарат Venus Express обнаружил, что за Венерой тянется магнитосферный хвост, аналогичный земному. В нем тоже происходит перезамыкание силовых линий магнитного поля. — Разнонаправленные линии движущейся солнечной плазмы оказываются слишком близко друг от друга и замыкаются.

Солнечный ветер, управляемый процессом перезамыкания, совершенно беспрепятственно взаимодействует с атмосферными газами Венеры. Поэтому полярное сияние здесь не совсем полярное, вернее, совсем не полярное, и представляет собой светлые и диффузные пятна различной формы и интенсивности. Иногда они затрагивают весь планетарный диск. Особенно хорошо видны на ночной стороне планеты.

На Марсе глобального магнитного поля тоже нет, однако наблюдается остаточная локальная намагниченность коры, особенно в горной местности южного полушария.

Атмосфера у Марса тонкая и разреженная, в основном состоящая из углекислого газа. При взаимодействии с электронами солнечного ветра, которые ускоряется вдоль линий локальных магнитных полей, можно наблюдать редкие и кратковременные ультрафиолетовые электронные полярные сияния.

14 августа 2004 года инструментом SPICAM на борту орбитальной станции Mars Express в районе Киммерийской земли было зафиксировано такое явление. Общий размер излучающей области составлял около 30 км в поперечнике, и примерно 8 км в высоту.

Локальные магнитные поля Марса

Четыре планеты-гиганта Солнечной системы имеют в наличии всё для появления полярных сияний — и мощные атмосферы, и сильные магнитные поля.

Нужно ли говорить, что самая большая планета Солнечной системы имеет и самые мощные полярные сияния? К тому же, в отличие от Земли, авроры Юпитера имеют постоянный характер.
Также удивительной особенностью аврор Юпитера является то, что они возникают не только из-за солнечного ветра, но и из-за потоков частиц, выбрасываемых спутниками планеты: Ио, Ганимедом и Европой (на этих спутниках тоже наблюдаются полярные сияния).

Схема магнитосферы Юпитера и воздействия Ио: плазменный тор (красное), нейтральное облако (жёлтое), потоковая трубка (зелёное) и линии магнитного поля (голубые)

Северное полярное сияние Юпитера. Комбинированный снимок «Хаббла», видимый диапазон и ультрафиолет

Маленькая Ио играет важную роль в формировании магнитного поля гиганта Юпитера. — Ее вулканы выбрасывают в атмосферу массу ионизированных и нейтральных серы, кислорода, хлора, атомарного натрия и калия, молекулярного диоксида серы, а также пыли хлорида натрия. Все это вещество вытягивается магнитосферой Юпитера из тонкой атмосферы Ио со скоростью 1 тонна в секунду.

Северное полярное сияние Сатурна, снятое аппаратом «Кассини» в инфракрасном диапазоне (4 мкм, синим цветом). Лежащие внизу облака — окрашены в условный красный (5 мкм). Прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако

И Сатурн в чистом ультрафиолете от «Хаббла».

Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе и единственный, имеющий собственную магнитосферу. Она очень мала и погружена в магнитосферу Юпитера. Однако наличие у Ганимеда ещё и слабой кислородной атмосферы обуславливают и наличие ультрафиолетовых полярных сияний.

Авроральные или горячие пятна (в ультрафиолете) Ио, Ганимеда и Европы — следы магнитных силовых линий, соединяющих ионосферы спутников с ионосферой Юпитера.Яркие пятна внутри основных колец, появляющиеся время от времени, как считается, связаны с взаимодействием магнитосферы и солнечного ветра.

Инфракрасное изображение полярного сияния на Южном полюсе Юпитера с телескопа «Subaru».

Трудности охоты за полярными сияниями на Уране и Нептуне заключаются в том, что рассчитать «подлетное время» коронального выброса с Солнца непросто. Даже до Земли высокоэнергетические частицы летят сутки-двое-трое, и точно предсказать время не получается. Скорость выброса, конечно, известна — она обычно составляет сотые доли скорости света, то есть тысячи километров в секунду, — но на результат влияет еще и взаимодействие частиц с гравитационным и магнитным полем Солнца.

Полярные сияния Урана, пойманные УФ-спектрографом «Хаббла» в 2011, 2012 и 2014 годах.

***

N.B. Более подробно Полярные Сияния Земли мы рассмотрим в последующих выпусках

***

N.B. Друзья прислали в догонку:

***

***