Ночное небо, величественное и загадочное, продолжает преподносить сюрпризы. На этот раз внимание ученых привлекло едва заметное, беловатое или сероватое свечение, возникающее по соседству с северным сиянием. Это явление, долгое время остававшееся без объяснения, наконец, нашло свое научное толкование благодаря исследовательской группе из Университета Калгари.
Загадочный спутник полярного сияния
Вы когда-нибудь наблюдали за северным сиянием? Представьте себе: динамичные зеленые переливы, редкие всполохи красного, и вдруг — рядом возникает нечто другое. Пятно, как будто вырезанное из другого мира, сероватое или беловатое, не похожее ни на что другое. Именно это таинственное свечение, получившее название «структурированное континуальное излучение», заинтересовало ученых.
Доктор Эмма Спансвик, ведущий автор исследования, отмечает, что это явление не является чем-то совершенно новым. Оно упоминалось в научных публикациях и раньше, однако до настоящего момента оставалось загадкой, своеобразным «белым пятном» в знаниях о полярных сияниях. Что же это за пятно и откуда оно берется?
Тепло, скрытое в свете
Проведенные исследования позволили сделать важный вывод: это излучение не просто свет, это — тепло. Ученые пришли к заключению, что беловатое пятно является «источником тепла», и это открытие заставляет пересмотреть наше представление о природе полярных сияний. Оказывается, это явление гораздо сложнее, чем считалось ранее.
Изображения TREx-RGB, показывающие идентифицированные нами события эмиссии континуума на станциях Rabbit Lake и Lucky Lake. Каждое событие (всего 30) представлено в виде отдельного изображения, на котором указаны дата, время и местоположение. Изображения представлены в необработанном формате, цвет каждого изображения соответствует цифровой фотографии и тому, что обычно видно человеческим глазом. В данных RGB эмиссия континуума отображается (по возможности пунктирными линиями) как белый или серый оттенок наблюдаемой светимости, встроенный в зеленую или красную аврору или расположенный рядом с ней. Ориентация изображений указана в левом верхнем углу (показаны N и E). Отметим, что объектив «рыбий глаз» искажает пространственное отображение. На каждом изображении мы приводим приблизительный пространственный масштаб структуры континуума, принимая высоту 110 км. Области эмиссии континуума подтверждены расположенным рядом спектрографом TREx, который обеспечивает измерения полного спектра вдоль центрального меридиана RGB-изображения (север-юг, верх-низ). Цитирование: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al. Association of structured continuum emission with dynamic aurora. Nat Commun 15, 10802 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55081-5
Автор: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al.Источник: www.nature.com
Секрет кроется в новых технологиях
Почему же раньше никто не смог объяснить природу этого таинственного излучения? Ответ прост: технологии не стояли на месте. Развитие цифровой фотографии, проникновение современных сенсоров в камеры смартфонов и научное оборудование, позволили увидеть ночное небо во всей его красе, включая те тонкие нюансы, которые раньше ускользали от человеческого глаза. Именно благодаря новым, более совершенным датчикам, стало возможным зафиксировать истинные цвета и особенности этого загадочного свечения.
a Одночасовые данные TREx-RGB, представленные в виде кеограммы, окружающие событие структурированной эмиссии континуума, наблюдавшееся в Рэббит-Лейк, Саскачеван, 16 февраля 2023 года. Цвета соответствуют цветам, зафиксированным на цифровой фотографии ночного неба, а динамическая аврора обозначена зелеными областями. Кеограмма нанесена на карту на расстоянии 110 км, показывая динамику авроры между 10:45:00 и 11:45:00 по всемирному времени. Вертикальные линии (обозначены 1 и 2) отмечают время снимков TREx-RGB, показанных на панелях b и c соответственно. b Отдельный снимок TREx-RGB от 11:12:45 UT. Контуры постоянной географической широты (градусы северной широты) и долготы (градусы западной долготы) на высоте 110 км показаны для определения относительной широты и разделения авроральных и континуальных сигнатур. Пунктирная линия указывает на область наблюдаемой эмиссии континуума. Поле зрения спектрографа TREx обозначено серой линией, ориентированной с севера на юг. Место в поле зрения спектрографа, обозначенное оранжевым кружком, указывает на место проведения спектральных измерений, показанных на панели d. c Изображение TREx-RGB в том же формате, что и на панели b, но для 11:15:00 UT. Синий круг (то же физическое местоположение, что и оранжевый круг на панели b) указывает на место спектральных измерений, показанных на панели d. d Подробные спектральные измерения в моменты времени изображений TREx-RGB для места, указанного на панелях b и c. Цитирование: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al. Association of structured continuum emission with dynamic aurora. Nat Commun 15, 10802 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55081-5
Автор: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al.Источник: www.nature.com
Сравнение с STEVE: в чем разница?
Интересно, что параллельно с исследованием белого пятна, ученые изучают и другое необычное атмосферное явление — STEVE (Усиление Скорости Сильного Теплового Излучения). STEVE — это длинная, фиолетовая полоса, которая также имеет сероватый оттенок. Однако, в отличие от белого пятна, STEVE существует как бы отдельно от полярного сияния, представляя собой самостоятельное явление. Белое же пятно, по словам Спансвик, как будто «встроено» в само сияние, что делает его наблюдение и изучение более сложным.
a Одно изображение TREx RGB из Кроличьего озера, полученное 2023-02-16, в 11:17:00 UT (то же изображение, что и на рис. 3). Расположение трех анализируемых областей показано белым (отсутствие яркой авроры, преимущественно темное небо в данных RGB), синим (область серого тона, эмиссия континуума) и оранжевым (область яркой авроры, преимущественно зеленая в данных RGB). b Оптические спектры, соответствующие каждой из выделенных областей в панели a. c Остаточный спектр усиления континуума оценивается путем вычитания ярких авроральных спектров (оранжевый) из спектров континуума (синий) для получения расчетного спектра, связанного с усилением серого тона над и за пределами авроральных спектров. Относительная светимость спектров континуума, представленных в Sutoh et al. 19. (масштабированная в соответствии с интенсивностью наблюдаемых спектров) показана зелеными алмазами. Спектральные области интереса обозначены как в исходном (панель b), так и в остаточном (панель c) спектрах. Цитирование: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al. Association of structured continuum emission with dynamic aurora. Nat Commun 15, 10802 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55081-5
Автор: Spanswick, E., Liang, J., Houghton, J. et al.Источник: www.nature.com
Студенты на передовой науки
Особенно приятно отметить, что в исследовании приняли участие не только опытные ученые, но и студенты Университета Калгари. Один из них, Джош Хафтон, будучи еще на этапе стажировки, внес значительный вклад в анализ полученных данных. Его работа была настолько важной, что он стал соавтором научной статьи, опубликованной в престижном журнале Nature Communications. Этот факт демонстрирует, что новые открытия могут быть сделаны не только маститыми учеными, но и молодыми, полными энтузиазма исследователями.
Что дальше?
Открытие природы белого пятна рядом с северным сиянием — лишь один шаг в понимании сложных процессов, происходящих в атмосфере нашей планеты. Исследования продолжаются, и, возможно, в скором времени нас ждут новые открытия, которые позволят нам еще глубже проникнуть в тайны ночного неба. Загадки природы неисчерпаемы, и именно это делает науку такой захватывающей.
