Легендарное северное сияние является, без сомнений, самым грандиозным и захватывающим «световым шоу». Люди на протяжении тысяч лет всматривались в цветные «водовороты» этих сияний, которые на первых порах внушали им страх. В настоящее время природа этого явления более-менее понятна, однако некоторые аспекты его «внутренней работы» продолжают оставаться на уровне гипотез и догадок. И лишь недавно ученым из Японии удалось провести прямые наблюдения за механикой этого явления, а полученные ими результаты послужили убедительным и окончательным подтверждением одной из главных гипотез, определяющих наше понимание одного из самых больших и красочных естественных чудес на свете.

Красивейшие зеленые, красные и фиолетовые «водовороты» северного сияния возникают, когда солнечный ветер проходит через магнитосферу нашей планеты, вызывая возникновение плазменных волн, которые, взаимодействуя с электронами, обрушиваются в виде «дождя» заряженных частиц на верхние слои атмосферы. Эти частицы, врезаясь в молекулы и атомы, создают волны вторичной плазмы (chorus waves), стимулирующие процесс рассеивания свободных электронов, что приводит к появлению свечения.

Ученые из университета Тохоку и Токийского университета разработали новый тип датчиков, способных измерить скорость и направление движения попадающих в них электронов, что, в свою очередь, позволяет отличить ускоренные электроны от простых свободных электронов. Новый датчик был установлен на искусственном спутнике ERG (Exploration of energization and Radiation in Geospace), запущенном японским космическим агентством JAXA (Japanese Aerospace Exploration Agency) в декабре 2016 года. И этот датчик позволил ученым наблюдать взаимодействия между электронами в плазменных волнах.

Помимо новых датчиков, установленных на борту спутника ERG, за северными сияниями наблюдали наземные камеры, которые регистрировали все изменения уровней свечения. Еще одним достижением японских ученых стала технология высокоточной синхронизации, которая позволила связать изображения, снимаемые камерами, с данными, регистрируемыми датчиками и инструментами спутника ERG.

«Важность этих исследований заключается в том, что мы получили первые практические доказательства одной из ведущих гипотез касательно северного сияния, которая была разработана на основе теоретических исследований и данных компьютерного моделирования» — пишут исследователи, — «Теперь же, используя данные датчика электронов и других аппаратных средств спутника ERG, мы сможем продолжить раскрывать и другие тайны северных сияний».

Результаты исследований японских ученых были опубликованы в журнале «Nature», а на приведенном ниже видеоролике вы можете ознакомиться с мультипликацией, демонстрирующей некоторые особенности процессов, приводящих к возникновению северных сияний.