Масштабный эксперимент показал явление, не виденное ранее ни одним человеком: столкновение полярных сияний.

«У нас буквально отвисли челюсти, когда мы посмотрели записи впервые, — вспоминает Ларри Лайонс (Larry Lyons), глава группы исследователей, сделавших эту находку, — Эти процессы способны поведать нам кое-что о природе полярных сияний на самом фундаментальном уровне».

Интересно, что ни одному наблюдателю с Земли увидеть подобное не удастся: масштаб происходящего слишком велик, чтобы поместиться в его ограниченное поле зрения. Лишь датчики и камеры, разнесенные на тысячи километров друг от друга, позволили увидеть подобные картины. Эта сеть была развернута в поддержку орбитальной миссии THEMIS, задача которой — исследование магнитосферы Земли и одного из самых впечатляющих феноменов, которые она порождает — полярных сияний.

Напомним, что полярные сияния возникают при взаимодействии заряженных частиц солнечного ветра, отклоненных магнитным полем планеты, с верхними слоями ее атмосферы. Об удивительных особенностях и свойствах этого «самого большого спецэффекта в мире» мы писали много раз — и о «портале», который связывает наше магнитное поле с Солнцем («Портал открыт»), и о поразительной мощности этого явления («Сияние чистого полюса»), и даже о том, что чукчи считают голосами богов («Дух магнитного полюса»).

Сегодня основная научная миссия, которая занимается изучением этого явления — THEMIS, запущенная в 2006 г. и включающая сразу 5 орбитальных аппаратов. В поддержку ей и была развернута сеть из 20-ти наземных станций наблюдения, расположенных по всей территории полярных областей Северной Америки. Если зонды ведут наблюдение сверху и с разных точек, то станции — снизу, и в итоге в распоряжении ученых оказывается полная картина. И кажется, такой подход работает.

Первый прорыв состоялся, когда американский исследователь Тоши Нишимура (Toshi Nishimura) проделал просто героическую работу по сведению воедино картин, полученных наземными камерами, получив целостную картину происходящего. Это было очень непросто. Для каждой камеры необходимо учесть текущие погодные условия, взять поправку на расстояние до события. Но результат стоит того: на целостной картине ученые разглядели то, что невозможно увидеть с отдельной камеры, а именно — процесс столкновения пары полярных сияний, произошедшего в декабре 2007 г.

«Ничего подобного никто раньше не видел, — говорит Ларри Лайонс, — И в течение следующих дней мы сумели зафиксировать сразу несколько подобных событий. Это лишь подогрело наш интерес, ведь оказалось, что столкновения эти — отнюдь не редкое явление». И сопровождается оно особенно яркими и зрелищными вспышками в небе.

По мнению ученых, вспышки свидетельствуют о происходящем на куда более далеком от нас расстоянии — в плазменном хвосте, растянувшемся от Земли по направлению от Солнца на миллионы километров. Здесь «обитают», в основном, заряженные частицы солнечного ветра, уловленные магнитным полем нашей планеты. Силовые линии магнитного поля также связывают эту область с полярными регионами.

Внимательно изучив множество столкновений полярных сияний, Лайонс и Нишимура пришли к выводу, что происходят они по общей схеме. Во‑первых, для этого «небесного ДТП» требуются двое участников — один широкий и медленный фронт полярного сияния и второй небольшой и быстрый «узелок». Фронт зависает над обширными областями Арктики, и узел быстро приближается к нему со стороны полюса. Но причем тут «плазменный хвост»?

По мнению ученых, быстрый сияющий «узелок» связан с потоком сравнительно легких частиц, берущем начало именно там. Начинаясь в самых дальних его областях, он быстро движется в сторону Земли и, направляемый магнитным полем, сталкивается с атмосферой в районе полюса. Тем временем медленный фронт полярного сияния занят, более-менее, своим делом, спокойно повиснув над Арктикой и радуя всех любознательных красотой и масштабом. Его стабильность обеспечена связью со стационарными внутренними областями плазменного хвоста. Этих областей в конце концов достигает и поток легких частиц. Здесь и происходит столкновение, порождающее нестабильность и отражающееся в поведении полярных сияний.

Данные, полученные орбитальными аппаратами THEMIS, подтверждают эту картину. Пролетев сквозь плазменный хвост, они показали, что поток легких частиц, направленных к Земле, действительно существует. Мы, впрочем, уже писали об этом — в заметке «Плазма над полюсом».

По информации NASA