Полярные сияния

Полярные сияния, также известные как северные и южные полярные сияния, являются естественным светом в небе, и обычно наблюдаются в ночное время. Обычно они возникают в ионосфере. Как правило, видны от 65 до 72 градусов северной и южной широт, образующих кольцо в пределах Арктики и Антарктики.

Полярное сияние образуется, когда заряженные частицы (электроны и протоны) попадают в атмосферу вблизи полюсов. Когда эти частицы сталкиваются с атомами и молекулами верхних слоев атмосферы, в первую очередь кислорода и азота, часть энергии в этих столкновений преобразуется в видимый свет, который характеризует сияние. Высокоскоростные частицы сталкиваются с атомами в атмосфере Земли на высоте где-то от 50 до нескольких сотен километров над поверхностью Земли. Частицы происходят из космоса, в частности, из солнечного ветра дующего в направлении от Солнца.

Когда электроны из космоса сталкиваются с атомами или молекулами в атмосфере Земли, электрон переходит на более высокий энергетический уровень и атом находится в возбужденном состоянии. Через некоторое время, электрон в возбужденном атоме переходит на исходный низкий энергетический уровень. Он освобождает энергию как свет, вызывая свечение полярных сияний. 

Цвет сияния зависит от химического состава, и каждый тип атомов производит свой ​​собственный уникальный образец цвета. Таким образом, различные цвета в полярных сияниях происходят из различных элементов в атмосфере Земли.

Два основных атмосферных газа, участвующих в полярном сиянии -  кислород и азот:

· Кислород отвечает за появление двух основных цветов : желто-зеленый длина волны 557,7 нанометров (нм) является наиболее распространенным, в то время как темно-красный 630,0 нм свет встречается реже. Атомарный кислород образуется на больших высотах, поэтому красный цвет в полярном сиянии обычно располагается над зеленым.

· Азот в ионизированном состоянии будет производить синий свет, в то время как нейтральные молекулы азота - багрово-красные цвета. Азот часто является ответственным за пурпурно-красные нижние границы и рифленые края сияния.

Смеси этих цветов образуют другие цвета.

Полярные сияния, как правило, не происходят выше 500-1000 км , так как на этой высоте атмосфера слишком тонкая, чтобы обеспечить достаточное число столкновений с входящими частицами.

Наиболее заметны ближе к полюсам из-за длительных периодов темноты и магнитного поля.

Почти все планеты Солнечной системы имеют полярные сияния. Если планета имеет атмосферу и бомбардируется энергичными частицами, она будет иметь полярные сияния.

Планеты, как Венера, не имеющие магнитного поля, имеют очень "неправильную" форму сияния, в то время как Земля, Юпитер, или Сатурн, у которых есть собственное магнитное дипольное поле, имеют полярные сияния овальной формы в виде коронок на обоих полушариях. Когда магнитное поле планеты не совпадает с осью вращения, получается искажение овала полярных сияний, которые могут быть в районе экватора, как на Уране и Нептуне.