Пытаясь уточнить старый добрый эксперимент по исследованию процессов, происходящих в верхних слоях атмосферы, ученые создали искусственное полярное сияние — и обнаружили, что эксперимент ошибочен.
Ошибки эксперимента: 25 лет коту под хвост

Верхние слои земной атмосферы — место весьма интересное. Именно здесь прилетающим к нам частицы космического излучения и солнечного ветра активно противостоит глобальное магнитное поле планеты. Увлекаясь вдоль его силовых линий, заряженные частицы устремляются к полюсам, откуда выбрасываются потоком прочь.

На своем пути они сталкиваются с составляющими воздух молекулами (в основном, азота), выбивая из них свободные электроны и порождая вспышки ультрафиолетового и видимого излучения. Для нас эти сложные и мощные взаимодействия предстают в виде одного из самых ошеломительных явлений природы — полярного сияния.

Сколько же именно энергии поступает к нам с солнечным ветром и «перерабатывается» в верхних слоях атмосферы? Напрямую измерить эту величину невозможно, поэтому ученые решили вычислять ее, исходя из интенсивности вызванного им излучения. Это примерно как оценить мощность автомобильного двигателя по объемам выброшенного выхлопа.

Такие расчеты основываются на полученных еще четверть века назад данных экспериментов по столкновению электронов с азотом. При таком столкновении испускается УФ-излучение определенных длин волн, в виде так называемых полос Лаймана-Бержа-Хопфилда (ЛБХ). При этом имеющиеся лабораторные данные охватывают лишь около 20% всех полос ЛБХ, которые наблюдаются в атмосфере. Именно поэтому в какой-то момент и назрела необходимость расширить имеющийся набор исходных данных.

Ученые начали с повторения эксперимента 1985 года, бомбардировки электронами заполненной азотом камеры. При этом, как и следовало ожидать, в камере возникает миниатюрное полярное сияние, спектр которого и анализируется. Как раз анализ характеристик спектра и поставил ученые в неожиданное положение: полученные данные почти вдвое отличаются от тех, что были получены 25 лет назад. Выходит, все расчеты принесенной солнечным ветром энергии, все работы, которые отталкивались от этих расчетов, могут быть неверны!

Откуда же взялось такое значительное расхождение? По мнению авторов новой работы, причиной ему могли стать различия в постановке экспериментов. В новом опыте они вели обстрел электронами разной энергии в течение строго равных промежутков времени, тогда как в предыдущем случае экспериментаторы соблюдали равность не времени, а числа электронов. Это, видимо, не позволило достаточно точно оценить уровень фонового шума, чтобы удалить его из финальной оценки.

Теперь же специалистам придется засучить рукава и заново пересмотреть и пересчитать все множество выводов и оценок, которые были сделаны исходя из тех некорректных опытов. А мы тем временем можем перечитать некоторые еще более интересные моменты, связанные с изучением полярных сияний. Например, отчего чукчи утверждают, что могут слышать этот свет («Дух магнитного полюса»), или почему сияние мерцает и будто пляшет в небе («Магнитные войны»), или — как участвуют в этом колоссальные «тросы», которые связывают Землю напрямую с Солнцем («Полярное обострение»).

По пресс-релизу Institute of Physics in London