Вопрос на засыпку: почему полярное сияние имеет столь необычную цветовую гамму?

Полярное сияние — северное или южное – представляет собой свечение обладающих магнитосферой верхних слоёв атмосферы вследствие взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. Но откуда у него такие цвета?

При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав.

Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние, причём спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых атомов кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.
Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с увеличением высоты в соответствии с барометрической формулой, высота появления полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты. Эти факторы объясняют и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.
В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивно излучение основных компонентов атмосферы — азота и кислорода. При этом наблюдаются их линии излучения как в атомарном, так и молекулярном состоянии. Самыми интенсивными являются линии излучения атомарного кислорода и ионизированных молекул азота. Свечение кислорода обусловлено излучением возбуждённых атомов в метастабильных состояниях с длинами волн 557,7 нанометров — зелёная линия, а также 630 и 636,4 нанометров — красная область.
Ионизированные молекулы азота излучают на длинах волн 391,4 нанометра — ближний ультрафиолет, 427,8 нанометров – фиолетовый, а также 522,8 нанометра — зелёный. Каждое явление обладает своей неповторимой гаммой в силу непостоянства химического состава атмосферы и погодных факторов. При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей.
Считалось, кстати, что полярные сияния в северном и южном полушарии являются симметричными, однако одновременное наблюдение полярного сияния из космоса со стороны северного и южного полюсов показало, что они довольно-таки существенно отличаются друг от друга. Дело в том, что когда потоки солнечного ветра приближаются к Земле с востока на запад, они создают неравномерное давление на магнитное поле и смещают его на теневую сторону планеты.
Читать далее →