Зелене, червоне і фіолетове: вчені пояснили, чому полярне сяйво буває різних кольорів

Як виникає полярне сяйво

Полярні сяйва виникають через заряджені субатомні частинки, які врізаються в атмосферу Землі. Вони випромінюються від сонця постійно, але найбільше їх під час великої сонячної активності.

Велика частина нашої атмосфери захищена від потоку заряджених частинок магнітним полем Землі. Але поблизу полюсів ці частинки можуть проникати в атмосферу.

Атмосфера Землі складається приблизно з 20% кисню та 80% азоту, з деякими кількостями інших речовин, таких як вода, вуглекислий газ (0,04%) та аргон.

Коли високошвидкісні електрони врізаються в молекули кисню у верхніх шарах атмосфери, вони розщеплюють молекули кисню на окремі атоми. Утворені атоми кисню перебувають у збудженому стані й тому випромінюють енергію у вигляді світла.

Чому виникає зелене сяйво

Найчастіше виникає зелене полярне сяйво. Вона виникає, коли випромінюються атомами кисню, які переходять із стану під назвою "¹S" у стан під назвою "¹D". Це відносно повільний процес, який в середньому займає майже цілу секунду.

Насправді цей перехід настільки повільний, що зазвичай не відбувається за такого тиску повітря, який ми бачимо на рівні землі, тому що збуджений атом втратить енергію, зіткнувшись з іншим атомом, перш ніж він матиме шанс послати зелений фотон.

Але у верхній частині атмосфери, де нижчий атмосферний тиск і, отже, менше молекул кисню, вони мають більше часу, перш ніж зіткнутися одна з одною, і, отже, мають шанс випустити фотон.

Зелений - найпоширеніший колір полярного сяйва (фото: Freepik)

Чому виникає червоне сяйво

Після випромінювання цього зеленого фотона атом кисню опиняється в ще одному збудженому стані без дозволеної релаксації. Єдиний вихід - інший заборонений перехід зі стану "¹D" у стан "³P", який випромінює червоне світло.

Стан "¹D" має проіснувати приблизно дві хвилини, перш ніж він нарешті зможе порушити правила та засвітити червоне світло. Оскільки це займає дуже багато часу, червоне світло з’являється лише на великій висоті, де зіткнення з іншими атомами та молекулами є незначними.

Червоне світло, як правило, з’являється лише в інтенсивних полярних сяйвах.

Чому виникають інші кольори

Хоча зелений є найпоширенішим кольором полярного сяйва, а червоний - другим за поширеністю, існують також інші кольори. Зокрема, іонізовані молекули азоту можуть випромінювати синє та червоне світло. Це може створити фіолетовий відтінок на низькій висоті.

Усі ці кольори видно неозброєним оком, якщо полярне сяйво досить яскраве. Однак в об’єктиві камери вони проявляються з більшою інтенсивністю.