Полярне сяйво: світлове шоу із самозванцем на ім'я Стів

У 2016 році фотографи неба по всій Канаді почали ділитися знімками тонкої стрічки фіолетового й білого світла, вважаючи, що зафіксували рідкісний різновид полярного сяйва. Науковці, які вивчали ці зображення, спочатку погодилися, і світлове шоу отримало нову назву: STEVE. Через кілька років досліджень їм довелося відмовитися від цього висновку — фіолетова стрічка виявилася зовсім не полярним сяйвом, а окремим небесним явищем, яке просто трапляється по сусідству зі справжнім сяйвом на небі.

Ця плутанина — гарний спосіб зрозуміти, чим насправді є полярне сяйво. Мерехтливі завіси, які більшість людей називають північним чи південним сяйвом, виникають унаслідок постійного обміну між Сонцем і атмосферою Землі, і, як виявляється, вони давніші, дивовижніші й різноманітніші, ніж показують листівкові фото, маючи «родичів» на Юпітері й, як з'ясувалося, навіть на зорях далеко за межами Сонячної системи.

На Землі найінтенсивніші прояви починаються із сонячних бур: заряджені частинки потрапляють у верхні шари атмосфери, збуджують тамтешні гази й викликають світіння червоного, зеленого й фіолетового кольорів. Який колір переважає, залежить від висоти. Червоний з'являється найвище, де атомів кисню мало, а людське око менш чутливе до цієї довжини хвилі, тож червоне сяйво стає видимим лише тоді, коли сонячна активність достатньо сильна, щоб компенсувати обидві проблеми одночасно.

Ця залежність від висоти пояснює, чому та сама буря може виглядати абсолютно по-різному від однієї ночі до іншої. Це також пояснює, чому найчервоніші прояви потрапляють у заголовки новин: тьмяна завіса нічим не примітна, але небо, яке помітно червоніє, є ознакою того, що нагорі відбувається щось незвичайне.

Полярне сяйво найнадійніше спостерігається не на самих полюсах, а в кільці навколо них: смузі шириною приблизно 6 градусів широти, близько 660 км, із центром поблизу 67 градусів північної та південної широти. Ця смуга розташована досить далеко від географічного полюса, тому найкращими місцями для спостереження за сяйвом є арктичні міста на південь від полюса, а не сам полюс.

За звичайних умов полярне сяйво тримається цієї смуги. Під час події Каррінгтона, яку пам'ятають як найпотужнішу геомагнітну бурю з усіх коли-небудь зафіксованих, ці правила повністю порушилися: полярне сяйво спостерігали навіть у тропіках, далеко від місць, де воно зазвичай видиме.

Історія STEVE нагадує, що навіть добре вивчене небо ще може здивувати професійних астрономів. Коли фіолетово-білу стрічку вперше помітили науковці у 2016 році, її занесли до списку як щойно виявлений тип полярного сяйва — цілком зрозуміла плутанина, адже вона з'являлася на тому самому небі, що й справжнє сяйво. Подальша робота змінила діагноз: потоки світла, що утворюють STEVE, походять із зовсім іншого механізму й, зрештою, не належать до родини полярних сяйв.

Щоб розплутати це, знадобилися подальші дослідження, які порівнювали поведінку STEVE із тим, як працює справжнє полярне сяйво, і ці два явища просто не збігалися. Те, що виглядало як ще один різновид полярного сяйва, виявилося власним, непов'язаним явищем, яке просто залишалося непоміченим, доки фотографи-аматори не почали ділитися його знімками.

Прізвисько має незвично кумедне походження. Науковці-аматори, які першими помітили дивне світлове шоу над Канадою, назвали його на честь одного жарту зі стрічки: у мультфільмі 2006 року «Над огорожею» (Over the Hedge) група лісових тварин натрапляє на незнайому живоплотну загорожу і, не знаючи, як її ще назвати, вирішує дати їй ім'я Стів. Дослідники полярного сяйва запозичили цей жарт цілком.

Космічна фізикиня Елізабет Макдональд, яка працює в Годдардівському дослідницькому центрі NASA і заснувала першу мережу громадянської науки, присвячену полярному сяйву, оцінила назву STEVE, і згодом її команда побудувала навколо неї науково звучну назву: STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. Абревіатуру підібрали так, щоб вона пасувала до назви, яку науковці-аматори вже обрали, — паперова робота наздоганяла жарт, а не навпаки.

Заплутано, але STEVE іноді з'являється разом із супутником, який справді є полярним сяйвом. Зелена деталь, яка час від часу з'являється поруч із фіолетовою смугою STEVE, поводиться як звичайне світло полярного сяйва, хоча фіолетова стрічка одразу поруч із нею — ні, а це означає, що одне спостереження може містити пліч-о-пліч і справжнє сяйво, і самозванця.

STEVE — не єдиний сюрприз серед полярних сяйв, який виявили аматори-спостерігачі, а не професійна дослідницька місія. Працюючи разом з університетськими дослідниками космосу, група фінських фотографів-аматорів виявила абсолютно нову форму полярного сяйва, яку раніше ніколи не каталогізували.

Дослідники описують кожну окрему форму полярного сяйва як свого роду відбиток, характерний для одного конкретного явища в зоні полярного сяйва. Таке трактування допомагає пояснити, чому аматорська фотографія все ж може стати відкриттям: те, що для випадкового глядача виглядає незначною варіацією, може виявитися підписом механізму, який ніхто раніше не документував.

Полярне сяйво на Землі вражає, але сяйво Юпітера ставить його в інший контекст. Воно величезне, і до того ж світлові шоу Юпітера містять у сотні разів більше енергії, ніж будь-що, коли-небудь вироблене Землею, і, на відміну від земного, вони ніколи не припиняються.

Частково причина в тому, що Юпітер має другий, відсутній на Землі, джерело «палива». Окрім заряджених частинок, що прибувають із сонячним вітром, полярне сяйво Юпітера підживлюється частинками, викинутими в космос його супутником Іо, чиї вулкани достатньо великі й численні, щоб постійно постачати магнітне середовище планети свіжим матеріалом. Поблизу Землі немає супутника, подібного до Іо, що частково пояснює, чому її полярне сяйво не діє безперервно, як на Юпітері.

Концепція полярного сяйва не обмежується й межами Сонячної системи. У липні 2015 року астрономи повідомили про перше в історії виявлення полярного сяйва за межами Сонячної системи — його помітили навколо коричневого карлика LSR J1835+3259. Виявлення там полярного сяйва свідчить про те, що базовий «рецепт» земного північного сяйва — магнітне поле, що перехоплює потік заряджених частинок, — відтворюється і на об'єктах, дуже далеких від будь-якої знайомої планети.

Полярне сяйво — одне з найдавніших зафіксованих природних явищ узагалі. Найдавніший датований письмовий опис полярного сяйва трапляється в «Бамбукових аналах» — хроніці Стародавнього Китаю, датованій 977 або 957 роком до н. е., за століття до того, як більшість подій, які люди вважають «стародавньою історією», взагалі були записані. Ще давніше зображення могло зберегтися в кроманьйонських наскельних малюнках на півночі Іспанії, датованих приблизно 30 000 роком до н. е., хоча прив'язати доісторичне мистецтво до конкретної події неминуче складніше, ніж прочитати датовану хроніку.

Старі записи й досі час від часу переписують сучасну картину. Японський щоденник 1770 року, що описує полярне сяйво над Кіото і був повторно віднайдений у 2017 році, натякнув, що буря, яка стояла за ним, могла бути приблизно на 7% потужнішою за подію Каррінгтона — ту саму бурю, чий вплив, що порушував телеграфний зв'язок, зазвичай вважають межею того, наскільки екстремальною може бути геомагнітна буря. Якщо це порівняння підтвердиться, рекорд найпотужнішої бурі за всю зафіксовану історію може належати не тій бурі, якій його зазвичай приписують.

• «Габбл» фіксує яскраве полярне сяйво в атмосфері Юпітера - NASA Science
• Новий тип полярного сяйва виявився зовсім не полярним сяйвом
• Науковці-аматори відкрили нову форму північного сяйва
• Стів, дивне «полярне сяйво», виявився двома небесними шоу в одному | National Geographic
• Вікіпедія: Полярне сяйво