Раскрыта тайна пульсирующих полярных сияний

Ученые из Японии и США раскрыли секрет возникновения пульсирующих полярных сияний. Оказалось, что их вызывают высокоэнергетические «электроны-убийцы», разрушающие озоновый слой и наносящие ущерб спутникам. Результаты исследования опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Полярные сияния возникают вследствие взаимодействия электронов солнечного ветра с магнитосферой Земли. Они проявляются в виде красивых разноцветных завес и всполохов, освещающих ночное небо в высоких широтах.

Но есть особые, пульсирующие сияния, похожие на мерцающие в небе контуры облаков, интенсивность которых меняется в течение коротких промежутков времени, обычно от двух до двадцати секунд. Долго время ученые не могли понять, как возникают эти явления.

Геофизики из Нагойского университета вместе с коллегами из НАСА разработали теорию, объясняющую возникновение пульсирующих полярных сияний, и провели подтверждающее ее компьютерное моделирование.

Ученые считают, что плазменные волны, генерируемые вблизи магнитного экватора, перемещаясь на север и юг, возбуждают электроны в магнитосфере. В результате этих взаимодействий образуются как электроны с низкой энергией в несколько сотен килоэлектронвольт, так и с высокой — в несколько тысяч килоэлектронвольт, и даже «мегаэлектронвольтные».

По мнению авторов, именно последние ответственны за возникновение пульсирующих полярных сияний. Возбужденные высокоэнергетические электроны рассеиваются в верхних слоях атмосферы, где они выделяют световую энергию.

Результаты моделирования показывают, что такие электроны могут вызывать разрушение озона в мезосфере, примерно в 60 километрах над поверхностью Земли. Ученые также предполагают, что это те самые «электроны-убийцы», обладающие высокими «релятивистскими» энергиями, которые причиняют повреждения спутникам.

«Наша теория показывает, что так называемые электроны-убийцы, которые осаждаются в средней атмосфере, связаны с пульсирующим полярным сиянием и могут быть вовлечены в разрушение озона», — приводятся в пресс-релизе Нагойского университета слова руководителя исследования Ёсизуми Миёси (Yoshizumi Miyoshi) из Института исследований космоса и окружающей среды.

Исследователи предполагают, что электроны, ответственные за пульсирующие полярные сияния, имеют плавно падающее распределение энергии в направлении, перпендикулярном локальному магнитному полю. В этом их отличие от электронов, вызывающих обычное полярное сияние, пик распределения энергии которых ориентирован вдоль линий локального магнитного поля.

Авторы планируют проверить свои результаты экспериментальным путем. В декабре 2021 года Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) в сотрудничестве с НАСА, Нагойским университетом и другими учреждениями Японии и США планирует запустить исследовательскую ракету LAMP (Loss through Auroral Microburst Pulsations — Потери при авроральных микровзрывных пульсациях).

Ученые надеются, что измерения, сделанные во время полета ракеты в стратосфере и мезосфере, подтвердят их гипотезу о связи пульсирующих полярных сияний с «электронами-убийцами».