на полюсах какой планеты видны снежные шапки
10 интересных фактов о Северном и Южном полюсе Земли
Полярные регионы Земли – самые суровые места на нашей планете.
Веками люди пытались ценою жизни и здоровья добраться и изучить Северный и Южный полярный круг.
Так что же мы узнали о двух противоположных полюсах Земли?
1. Где находится Северный и Южный полюс: 4 типа полюсов
На самом деле существует 4 типа Северного полюса с точки зрения науки:
Северный магнитный полюс – точка на земной поверхности, на которую направлены магнитные компасы
Северный географический полюс – расположенный непосредственно над географической осью Земли
Северный геомагнитный полюс – связан с магнитной осью Земли
Северный полюс недоступности – самая северная точка в Cеверном Ледовитом океане и самая дальняя от земли со всех сторон
Было также установлено 4 типа Южного полюса:
Южный магнитный полюс — точка на земной поверхности, в которой магнитное поле Земли направлено вверх
Южный географический полюс — точка, расположенная над географической осью вращения Земли
Южный геомагнитный полюс— связан с магнитной осью Земли в южном полушарии
Южный полюс недоступности — точка в Антарктиде, наиболее удалённая от побережья Южного океана.
Кроме того есть церемониальный южный полюс – область предназначенная для фотосъемок на станции Амундсен-Скотт. Она расположена в нескольких метрах от географического южного полюса, но так как ледниковый покров все время движется, отметка сдвигается каждый год на 10 метров.
2. Географический Северный и Южный полюс: океан против континента
Северный полюс — это, по сути, замерзший океан, окруженный континентами. В отличие от него Южный полюс — это континент, окруженный океанами.
Кроме Северного Ледовитого океана, Арктический регион (Северный полюс) включает в себя часть Канады, Гренландию, Россию, США, Исландию, Норвегию, Швецию и Финляндию.
Самая южная точка земли – Антарктида является пятым самым большим континентом, площадью 14 миллионов кВ. км, 98 процентов которой покрыто ледниками. Она окружена южной частью Тихого океана, южной частью Атлантического океана и Индийским океаном.
Географические координаты Северного полюса: 90 градусов северной широты.
Географические координаты Южного полюса: 90 градусов южной широты.
Все линии долготы сходятся у обоих полюсов.
3. Южный полюс холоднее Северного полюса
Южный полюс гораздо холоднее Северного полюса. Температура в Антарктиде (Южный полюс) настолько низкая, что в некоторых местах этого континента снег никогда не тает.
В отличие от него, средняя годовая температура в Арктическом регионе (Северный полюс) составляет – 43 градуса по Цельсию зимой и около 0 градусов летом.
Существует несколько причин, почему Южный полюс холоднее Северного. Так как Антарктида – это огромная суша, она получает мало тепла из океана. В отличие от нее, лед в Арктическом регионе относительно тонкий и под ним находится целый океан, который смягчает температуру. Кроме того Антарктида находится на возвышении на высоте 2,3 км и воздух тут холоднее, чем в Северном Ледовитом океане, который находится на уровне моря.
4. На полюсах нет времени
Время определяется долготой. Так, например, когда Солнце находится прямо над нами, местное время показывает полдень. Однако на полюсах все линии долготы пересекаются, а Солнце встает и садится только раз в году в дни равноденствия.
По этой причине, ученые и исследователи на полюсах используют время любого часового пояса, которое им больше нравится. Как правило, они ориентируются на среднее время по Гринвичу или часовому поясу страны, из которой они прибыли.
Ученые на станции Амундсен-Скотт в Антарктиде могут сделать быструю пробежку вокруг света, пройдя 24 часовых пояса за несколько минут.
5. Животные Северного и Южного полюса
У многих людей сложилось ошибочное мнение, будто полярные медведи и пингвины находятся в одной среде обитания.
На самом деле, пингвины живут только в южном полушарии – в Антарктиде, где у них нет естественных врагов. Если бы полярные медведи и пингвины обитали в одной области, полярные медведи не беспокоились бы об источнике пропитания.
Среди морских животных Южного полюса есть киты, морские свиньи и тюлени.
Белые медведи в свою очередь являются самыми крупными хищниками в северном полушарии. Они живут в северной части Северного Ледовитого океана и питаются тюленями, моржами и иногда даже выброшенными на берег китами.
Кроме того, на Северном полюсе обитают такие животные, как северные олени, лемминги, лисицы, волки, а также морские животные: белухи, косатки, морские выдры, нерпы, моржи и более 400 известных видов рыб.
Несмотря на то, что на Южном полюсе в Антарктиде можно увидеть множество флагов разных стран, это единственное место на земле, которое никому не принадлежит, и где нет коренного населения.
Здесь действует договор об Антарктиде, согласно которому территория и ее ресурсы должны быть использованы исключительно в мирных и научных целях. Ученые, исследователи и геологи – единственные люди, которые время от времени ступают на землю Антарктиды.
Напротив, на Северном полярном круге живет больше 4 миллионов людей на Аляске, в Канаде, Гренландии, Скандинавии и России.
7. Полярная ночь и полярный день
Полюса Земли – это уникальные места, где наблюдается самый длинный день, который длится 178 суток, и самая длинная ночь, которая длится 187 суток.
На полюсах наблюдается только один восход и один закат Солнца в год. На Северном полюсе Солнце начинает подниматься в марте в день весеннего равноденствия и опускается в сентябре в день осеннего равноденствия. На Южном полюсе наоборот, восход — во время осеннего равноденствия, а закат — в день весеннего равноденствия.
Летом Солнце здесь всегда над горизонтом, и Южной полюс получает солнечный свет круглосуточно. Зимой Солнце ниже горизонта, когда наблюдается круглосуточная темнота.
8. Покорители Северного и Южного полюса
Многие путешественники пытались добраться до полюсов Земли, потеряв свои жизни на пути к этим крайним точкам нашей планеты.
Кто первым достиг Северного полюса?
Было несколько экспедиций к Северному полюсу, начиная с 18-го века. Существуют разногласия по поводу того, кто первым достиг Северного полюса. В 1908 году американский путешественник Фредерик Кук стал первым, кто заявил о том, что добрался до Северного полюса. Но его соотечественник Роберт Пири опроверг это заявление, и 6 апреля 1909 года он официально стал считаться первым покорителем Северного полюса.
Первый перелет через Северный полюс: норвежский путешественник Руаль Амундсен и Умберто Нобиле 12 мая 1926 года на дирижабле «Норвегия»
Первая подводная лодка на Северном полюсе: атомная подводная лодка «Nautilus» 3 августа 1956 года
Первое путешествие на Северный полюс в одиночку: японец Наоми Уэмура, 29 апреля 1978 года, проехав 725 км на собачьих упряжках за 57 дней
Первая экспедиция на лыжах: экспедиция Дмитрия Шпаро, 31 мая 1979 года. Участники прошли 1500 км за 77 дней.
Кто первым достиг Южного полюса?
Первыми покорителями Южного полюса стали норвежский путешественник Руаль Амундсен и британский исследователь Роберт Скотт, в честь которых была названа первая станция на Южном полюсе – станция Амундсен-Скотт. Обе команды пошли разным путем и достигли Южного полюса с разницей в несколько недель, первым был Амундсен 14 декабря 1911 года, а затем Р.Скотт 17 января 1912 года.
Первый перелет через Южный полюс: американец Ричард Бэрд, в 1928 году
Первыми пересекли Антарктиду без использования животных и механического транспорта: Арвид Фукс и Рейнольд Мейснер, 30 декабря 1989 года
9. Северный и Южный магнитный полюс Земли
Магнитные полюса Земли связывают с магнитным полем Земли. Они находятся на севере и юге, но не совпадают с географическими полюсами, так как магнитное поле нашей планеты меняется. В отличие от географических, магнитные полюса смещаются.
Северный магнитный полюс не находится точно в Арктическом регионе, а смещается к востоку со скоростью 10-40 км в год, так как на магнитное поле влияют подземные расплавленные металлы и заряженные частицы от Солнца. Южный магнитный полюс пока находится в Антарктиде, но он также смещается к западу со скоростью 10-15 км в год.
Некоторые ученые считают, что в один день может произойти смена магнитных полюсов, и это может привести к разрушению Земли. Однако смена магнитных полюсов уже происходила, сотни раз за последние 3 миллиарда лет, и это не привело к каким-то страшным последствиям.
10. Таяние льда на полюсах
Лед в Арктике в области Северного полюса, как правило, тает летом и снова замерзают зимой. Однако за последние годы, ледяная шапка стала таять очень быстрыми темпами.
Многие исследователи считают, что уже к концу века, а может и через несколько десятилетий, Арктическая зона останется безо льда.
С другой стороны в Антарктическом регионе на Южном полюсе содержится 90 процентов всего мирового льда. Толщина льда в Антарктиде составляет в среднем 2,1 км. Если бы весь лед Антарктиды растаял, уровень моря во всем мире поднялся бы на 61 метр.
К счастью в ближайшем будущем такое не произойдет.
Несколько занимательных фактов о Северном и Южном полюсе:
1. На станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе существует ежегодная традиция. После того, как последний самолет с продовольствием улетает, исследователи смотрят два фильма ужасов: фильм «Нечто» (об инопланетном существе, которое убивает жителей полярной станции в Антарктиде) и фильм «Сияние» (о писателе, который находится в пустой отдаленной гостинице зимой)
2. Птица полярная крачка каждый год совершает рекордный перелет из Арктики в Антарктиду, пролетая больше 70 000 км.
3. Остров Каффеклуббен — небольшой островок на севере Гренландии считается участком земли, который находится ближе всего к Северному полюсу в 707 км от него.
Комментарии 16
Подробности и причины различий между магнитными и геомагнитными полюсами раскрыты слабо. Хотя с копипастой не спорят.
Полезно, спасибо.
Есть ошибка, огрехи перевода наверное:
Антарктида является пятым самым большим континентом.
1. Континентов шесть
2. Антарктида пятый по величине континент
Не всё так просто и однозначно, есть разные культурные и мировозренчиские восприятия мира, вики, как обычно, информируют: ru.wikipedia.org/wiki/%D0…8%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D1%82
Спасибо, очень интересно!
Плосколобые уже откомментились?
Вы чего, с ума посходили? Какие полюса, Земля плоская! И у меня есть доказательство:
русские сейчас «не в трэнде» хороших дел!
А вот «новичок», дело Скрипаля, вмешательство в американские выборы и др. нехорошие дела для «цивилизованного» мира — вот где Россия «преуспела»!
Известный американский полярный путешественник на собачьих упряжках Уилл Стигер задумал впервые в истории пересечь Арктику через Северный полюс за один сезон. Этот поход должен был стать его последним «большим» путешествием, и подготовка к нему была очень серьёзной. Было сделано даже три тренировочных похода общей протяжённостью в несколько тысяч километров. Наконец, 8 марта 1995 года интернациональная экспедиция из шести человек во главе с Уиллом стартовала от архипелага Северная Земля (Россия) в направлении острова Элсмир (Канада). Предстояло пройти около 4000 километров, причём на полюсе планировалось оказаться в День Земли, 22 апреля. И вот, после полутора месяцев перехода по снежным полям Северного Ледовитого океана, полярники достигают Северного полюса…
…И видят там русских, играющих в футбол. Именно в этот день, 21 апреля, Сергей Зырянов, предприниматель и популяризатор спорта, организовал за свой счёт на Северном полюсе мини–турнир среди любительских команд. Для хорошего настроения привезён был даже целый ансамбль мотологической музыки «Тайм–Аут», который смог дать 12–тиминутный концерт на ветру в сильный мороз. Народ слушал музыку, играл в футбол, пил водку — всем было весело. Всем, кроме Стигера. Поначалу, он не мог сказать ничего, кроме «Crazy, crazy, crazy…», а потом плюнул, обозвал Северный полюс проходным двором и увёл свою экспедицию обратно в Белое Безмолвие, к далёкому канадскому берегу.
Северный полюс — наш (тоже)!
Угловая скорость вращения Земли ничтожно мала, каких то шесть с малым радиан (или просто оборот) в 24 часа.Попробуй покрутить… терпение лопнет.Так что никаких аномалий в местах, где ось дырявит квазисферу не ожидается.Ну если только флаг поставить, да гимн спеть… А вот с магнитными уже гораздо веселее…Я полагаю эти области опасны для здоровья.
Так земля же плоская, какой к черту Южный полюс?!
Ледяные, полярные шапки Марса – состав и структура
О появлении марсианских шапок на обоих полюсах было известно еще в XVII веке. Но более точные данные получены в XX-XXI веке, благодаря новым технология, позволяющие делать более детальные исследования. Что в себе таят белоснежные образования, предстоит еще изучить, ведь вопрос о присутствии воды на планете является приоритетным для многих ученых.
Откуда мы знаем, что у Марса есть полярные шапки
Исторически отмечен факт, что впервые про полярные шапки планеты Марса стало известно еще в 1666 году. Наблюдая за планетой, астроном Джованни Доменико Кассини обнаружил белое пятно на одном из полюсов Марса. В 1672 году другим ученым Христианом Гюйгенс была зафиксирована белоснежная область Южного полюса, которая состояла, как предполагали, из снега и льда. А уже в 1704 году Жаком Филиппом Маральди были проведены регулярные наблюдения снежного покрова Южной шапки, им было удостоверено, что она изменяется в ходе вращения планеты.
Более подробно удалось рассмотреть природное явление на полюсах Марса в конце 20 века. Этому способствовали более мощные телескопы и орбитальные станции над планетой.
Изображение Северной полярной шапки Марса, полученное Маринер-9 12 октября 1972 года
Полярные шапки и их особенности
Белоснежный покров на Марсе, это уникальное образование. Помимо этого, он предопределен некоторыми особенностями, которые интригуют ученых, подталкивая к более тщательному их изучению. К примеру, известно, что:
С наступлением лета на верхний белый слой, стоящий из замороженного сухого льда превращается в углекислый газ. Газообразная субстанция благодаря сильнейшим ветрам (могут достигать сотни метров в секунду) перенаправляется с одного полушария на другой.
Уникальность залежей льда в том, что они имеют ярко выраженные спиралевидные борозды, которые расходятся непосредственно из ее центра. Учеными было выдвинуто несколько гипотез, которые могли бы объяснить причудливые формы, образованные белоснежным покровом:
Об заснеженных марсианских территориях, сведения были получены учеными, благодаря передаче данных с орбиты зондом SHARAD (Shallow Radar) в 2006 году. Этот аппарат позволил ученым заглянуть под слои льда и понять, по какому принципу разрасталось и развивалось это образование с момента его возникновения. А также, что находится под ледяными слоями полюсов, которые расположены по обеим сторонам Красной планеты.
Состав
Полярные залежи на Марсе, это постоянные явления, которые при смене сезонов либо увеличиваются, либо уменьшаются. Но состав двух слоев, нижнего основного и верхнего остается константным. Снежный покров Красной планеты состоят из:
Южная полярная шапка
На южном полюсе Красной планеты отображена заснеженная территория. Если ее измерить в километрах, то в поперечнике своего Южного полюса она распространяется на 400 километров.
Южная полярная шапка Марса, снимок Mars Global Surveyor (27 апреля 2000 года)
Особенность снежного образования в том, что Южная полярная шапка планеты Марса:
Одним из отличий считается размер Южного снежного покрова, так как он намного меньше того, что на северном полушарии Марса. Но даже с учетом того, что размер остаточной южной полярной шапки меньше по размеру, в летнее время она не исчезает. Подобное явление вызвано тем, что южное полушарие в летний период находится ближе к Солнцу. А именно планета Марс находится непосредственно на близком расстоянии от небесного светила (Солнца) в перигелии.
Учеными отмечено, что Южный полюс имеет более глубокие ледяные залежи. Так как лед заложен еще на 3,7 километров в глубину, а на северной стороне лед скрывается на глубине 1,7 км. Северное полушарие отличается от противоположной стороны, тем, что на нем не образуются пятна, замеченные на Южном полюсе Марса.
Северная полярная шапка
В зимнюю пору снежное образование Северной полярной шапки Марса может разрастаться более чем на полторы тысячи километров в поперечнике. С наступление весны верхний слой, в силу повышения температуры постепенно происходит процесс испарения. Даже при наличии относительного тепла, диаметр снежного покрова на северном полушарии остается в пределах 1100 километров, он называется остаточной шапкой. По мнению ученых, этот пласт ледника, по толщине примерно 100 метров и состоит из обыкновенной замерзшей воды с пылевыми примесями. Исследователи говорят, что этот твердый лед образовывался тысячелетиями и предпосылок его таяния нет.
Северная полярная шапка Марса, снимок орбитальной станции Mars Global Surveyor (13 марта 1999 года)
Особенность снежного образования Северной полярной шапки Марса:
Верхний слой значительно меньше нижнего и представлен всего метровой высотой. Основной состав, это сухой лед, образованный замерзшей углекислотой. Зимой происходит накопление верхнего слоя из-за замерзания углекислоты после того, как она с наступлением лета превратилась в газообразное состояние. Таким образом, зимой получается обратный процесс сублимации и нижний ледяной пласт обрастает сухим льдом. Площадь замерзлой территории на Северном полушарии может увеличиваться в зависимости от суровости зимы и может достигать 500 и больше градусов по широте. Это явление еще практически не изучено, поэтому нет достоверной информации о том, как они появляются, и что этому способствует.
Полярные шапки, это уникальное явление, которое было обнаружено не так давно, поэтому мало изучено, поскольку требует немало затрат на оборудование, которым производится их обследование. Но ученые не останавливаются на достигнутом и продолжают исследования снежных образований на одной из загадочных планет Солнечной системы.
НАСА: площадь льдов в Антарктике сейчас растет, а не уменьшается
МОСКВА, 2 ноя – РИА Новости. Исследование, проведенное под эгидой НАСА, показало, что площадь и масса льдов на южном полюсе Земли не сокращается, а временно растет за счет накопленного за последние 10 тысяч лет снега, сообщает пресс-служба организации.
«Полученные нами данные не противоречат тому, что Антарктика теряет все большее количество льда в окрестностях Антарктического полуострова и побережья западной части континента. Открытый нами феномен касается восточной Антарктики и внутренних регионов на западе – прирост льда в них превышает потери в других уголках заполярья», — заявил Джей Цвэлли (Jay Zwally) из Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте (США).
Цвэлли и его коллеги пришли к подобным выводам, противоречащим официальным выводам оценочных докладов Межправительственной группы экспертов по изменению климата при ООН (IPCC), изучив данные, собранные при помощи климатических спутников НАСА и ЕКА с 1992 по 2008 год.
Ученые использовали спутниковые снимки и данные со спутниковых высотомеров для оценки двух параметров – толщины ледового щита в разных регионах Антарктики и того, как менялась их площадь по мере смены сезонов. Дополнительно климатологи изучили метеорологические данные об уровне осадков в Антарктике, собираемые с 1979 года, что помогло оценить то количество снега, которое выпадает в южном заполярье каждый год.
Объединив все эти данные, исследователи из НАСА обнаружили, что на самом деле ледники Антарктики росли, а не сокращались, в последние годы. Каждый год их масса увеличивалась на 112 миллиардов тонн до наступления нового тысячелетия, и на 82 миллиарда тонн – в промежутке между 2003 и 2008 годами.
Полярные сияния на планетах Солнечной системы
Наверняка те, кто хоть раз в жизни видел своими глазами северное (или южное) полярное сияние, скажут, что это просто фантастическое зрелище. Чудо природы планетарного масштаба, грандиозное явление, которое человек может наблюдать на Земле невооруженным глазом. Свечение атмосферы на высотах в сотни и на удалении в тысячи километров настолько разноцветно и динамично, что производит впечатление чего-то живого, движущегося, дышащего…
Но только ли наша планета может похвастать этим грандиозным зрелищем? Могут ли, если не коренные жители, то будущие колонисты, к примеру Марса или спутников Юпитера, наблюдать что-либо подобное?
Что вообще нужно, чтобы на какой-либо планете возникли полярные сияния?
По определению, полярные сияния — это свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.
Итак, нам требуется:
1. Солнечный ветер, представляющий из себя поток заряженных частиц — протонов, электронов, ядер гелия и др. — Имеется всегда во всей Солнечной системе.
У планет или их спутников:
2. Атмосфера, с атомами которой будет взаимодействовать солнечный ветер.
3. Магнитное поле, направляющее заряженные частицы в определенную область планеты (не обязательно в полярную, — угол между магнитной осью и осью вращения планеты, может быть значительным.)
Посмотрим, как это работает на Земле.
Земля
Землю можно рассматривать как большой магнит, южный полюс которого располагается вблизи северного географического полюса, а северный — вблизи южного. Силовые геомагнитные линии Земли немного сжаты со стороны Солнца вследствие давления солнечного ветра и оттянуты в противоположном направлении, образуя у Земли магнитосферный хвост.
А как ведут себя частицы солнечного ветра при взаимодействии с магнитосферой планеты? — В околоземном пространстве все происходит как со сверхзвуковым самолетом. — Поток солнечного ветра на сверхзвуковой скорости (400-700 км\сек) набегает на магнитосферу планеты, в результате чего образуется так называемая, головная ударная волна. — (Скорость солнечного ветра на орбите Земли примерно в 10 раз больше скорости звука в околоземной плазме.)
Головная ударная волна — это, таким образом, магнитное препятствие, которое отклоняет заряженные частицы солнечного ветра по траекториям вокруг планеты. Налетая на нее, большинство заряженных частиц просто обтекает магнитосферу.
Некоторая часть солнечной плазмы попадает в магнитные ловушки радиационных поясов Земли,- заряженным частицам затруднительно двигаться поперек силовых линий и они просто наматываются на них и могут болтаться от полюса к полюсу десятилетиями.
А ещё часть беспрепятственно проникает в полярную ионосферу через полярные каспы — воронкообразные области, расширяющиеся от Земли до магнитопаузы, возникающие в результате взаимодействия солнечного ветра и магнитного поля Земли.
Через каспы частицы солнечного ветра «высыпаются» в верхние слои атмосферы планеты в двух областях в высоких широтах.
Магнитосфера Земли
Эти области представляют собой два овала (в северном и южном полушариях), удаленные от геомагнитных полюсов ночью приблизительно на 20°, а днем на 10°. Протяженность этих овальных областей по широте составляет всего несколько сот километров.
При интенсивной магнитной буре овал сильно смещается по направлению к экватору.
И если в периоды спокойного Солнца интенсивность полярных сияний мягко говоря невелика, дело усугубляется во время солнечной активности. Выбросы корональной массы (плазмы из короны Солнца) многократно увеличивают интенсивность солнечного ветра.
Подливают масла в огонь магнитосферные суббури. Во время них в геомагнитном хвосте (на ночной стороне Земли) происходит пересоединение силовых линий межпланетного магнитного поля и геомагнитного поля Земли. В результате топология линий меняется, взрывообразно высвобожденная при этом энергия преобразуется в новый ток, называемый «электроджетом». Электроджет среди прочего, разогревает и разгоняет заряженные частицы, превращая их в высокоэнергичный плазменный поток.
Поскольку солнечный ветер и выбросы корональной массы Солнца — это по большей части протоны и электроны, соответственно различают два типа полярных сияний.
Электронные полярные сияния,
вызываемые потоками электронов и преобладающие на Земле. Это всем привычные зеленые или фиолетово-малиновые дуги, лучистые полосы, ленты, занавесы и прочие образования, имеющие достаточно четко выраженную структуру.
Как образуются. — Электроны солнечной плазмы, прорвавшись в верхние слои атмосферы Земли, спускаются до высот 400—100 км над уровнем моря. Здесь под их действием происходит ионизация нейтральных атмосферных газов (кислорода и азота), а также возбуждение их атомов и молекул. В ответ на это молекулы, атомы и ионы кислорода и азота атмосферы излучают кванты света на строго определенной длине волны.
Это обуславливает цвет полярных сияний: например, за зеленый цвет отвечает кислород (его наиболее сильная линия), а за фиолетовый, синий или красный — азот. Вообще же, у каждого сияния своя неповторимая палитра цветов, зависящая от постоянно меняющегося процентного химического состава атмосферы.
Потоки электронов вызывают на Земле полярные сияния, регистрируемые не только в видимом диапазоне.
Редкие на Земле, но встречающиеся ещё только на Юпитере, — рентгеновские авроры.
Сильнейшее рентгеновское полярное сияние, зафиксированное 11 апреля 1997 года орбитальным спутником Polar. На картинке видны рентгеновские лучи (в условных цветах), порожденные в верхней атмосфере и обусловленные потоками электронов высоких энергий.
Протонные полярные сияния
Тоже достаточно редкое явление на Земле и его вклад в свечение неба Земли относительно невелик.
Протоны, попадая в атмосферу Земли, также сталкивается с молекулами и атомами атмосферных газов, возбуждая и ионизуя их. Но при этом протон может захватить свободный электрон и произойдет процесс перезарядки. В результате образуется нейтральный атом водорода, который может испускать фотоны в видимом и УФ-диапазонах.
Самая обычная форма протонных полярных сияний — довольно широкая дуга, вытянутая в направлении с востока на запад, шириной от 300 до 1000 км. Также встречаются арки и просто диффузные пятна.
Красная протонная арка, штат Мичиган
Мощное протонное полярное сияние в УФ-диапазоне. Фото со спутника «IMAGE»
Теперь посмотрим, как обстоит дело с полярными сияниями на других планетах.
Меркурий
Несмотря на имеющееся магнитное поле, интенсивность которого, правда, в 100 раз меньше земного, атмосфера на планете фактически отсутствует. Она настолько разрежена, что сами частицы солнечного ветра и составляют атмосферу планеты, вкупе с атомами, выбитыми с поверхности. Атомы атмосферы чаще сталкиваются с планетой, чем друг с другом.
Венера
Не так все плохо, как могло бы показаться.
Ситуация, противоположная Меркурию — густая и плотная атмосфера и отсутствие глобального магнитного поля. Но несмотря на это, слабая магнитосфера у Венеры имеется — она индуцирована самим солнечным ветром, а не планетой.
В 2000-х аппарат Venus Express обнаружил, что за Венерой тянется магнитосферный хвост, аналогичный земному. В нем тоже происходит перезамыкание силовых линий магнитного поля. — Разнонаправленные линии движущейся солнечной плазмы оказываются слишком близко друг от друга и замыкаются.
Солнечный ветер, управляемый процессом перезамыкания, совершенно беспрепятственно взаимодействует с атмосферными газами Венеры. Поэтому полярное сияние здесь не совсем полярное, вернее, совсем не полярное, и представляет собой светлые и диффузные пятна различной формы и интенсивности. Иногда они затрагивают весь планетарный диск. Особенно хорошо видны на ночной стороне планеты.
На Марсе глобального магнитного поля тоже нет, однако наблюдается остаточная локальная намагниченность коры, особенно в горной местности южного полушария.
Атмосфера у Марса тонкая и разреженная, в основном состоящая из углекислого газа. При взаимодействии с электронами солнечного ветра, которые ускоряется вдоль линий локальных магнитных полей, можно наблюдать редкие и кратковременные ультрафиолетовые электронные полярные сияния.
14 августа 2004 года инструментом SPICAM на борту орбитальной станции Mars Express в районе Киммерийской земли было зафиксировано такое явление. Общий размер излучающей области составлял около 30 км в поперечнике, и примерно 8 км в высоту.
Локальные магнитные поля Марса
А вот протонные полярные сияния, впервые зафиксированные во время солнечной бури 12-13 сентября 2017 года орбитальным аппаратом MAVEN, не в пример более мощные и глобальные. Они могут охватывать практически всю планету.
Марс окружен обширной короной из нейтрального водорода. Протоны солнечного ветра, прошедшие процесс перезарядки в короне, уже в виде нейтральных атомов проникают сквозь головную ударную волну (она задерживает только заряженные частицы) и взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферных газов в нижней термосфере (на высотах 110-130 км), порождая ультрафиолетовое свечение.
Уровень радиации на поверхности Марса, зафиксированный во время этой солнечной бури марсоходом Curiosity, побил все ранние рекорды, превысив их показания почти вдвое.
(У Curiosity есть такой прибор — «Детектор оценки радиации» или RAD. Он собирает данные для оценки уровня радиационного фона, который будет воздействовать на участников будущих экспедиций к Марсу. Прибор установлен практически в самом «сердце» марсохода, имитируя человека, находящегося внутри космического корабля).
Так что во время солнечных бурь колонистам на Марсе лучше куда-то прятаться.
Ультрафиолетовые данные наложены на снимок Марса на ночной стороне до (слева) и во время (справа) события. Авроральное излучение кажется наиболее ярким на краю снимка планеты вдоль линии светящегося слоя атмосферы.
Газовые гиганты
Четыре планеты-гиганта Солнечной системы имеют в наличии всё для появления полярных сияний — и мощные атмосферы, и сильные магнитные поля.
Неприятной особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет-гигантов является то, что они обращены к наблюдателю освещённой Солнцем стороной. Поэтому в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете.
Однако полярные сияния в других электромагнитных диапазонах можно «засечь». — УФ-излучение от богатых водородом атмосфер гигантов фиксируется космическим телескопом «Хаббл». Рентгеновский диапазон ловит опять же космический телескоп «Чандра». А инфракрасный регистрирует даже наземный «Subaru».
Система Юпитера
Нужно ли говорить, что самая большая планета Солнечной системы имеет и самые мощные полярные сияния? К тому же, в отличие от Земли, авроры Юпитера имеют постоянный характер.
Также удивительной особенностью аврор Юпитера является то, что они возникают не только из-за солнечного ветра, но и из-за потоков частиц, выбрасываемых спутниками планеты: Ио, Ганимедом и Европой (на этих спутниках тоже наблюдаются полярные сияния).
Особенно сильно сказывается присутствие Ио, поскольку этот спутник вулканически активен и у него есть своя ионосфера.
Северное полярное сияние Юпитера. Комбинированный снимок «Хаббла», видимый диапазон и ультрафиолет.
Маленькая Ио играет важную роль в формировании магнитного поля гиганта Юпитера. — Ее вулканы выбрасывают в атмосферу массу ионизированных и нейтральных серы, кислорода, хлора, атомарного натрия и калия, молекулярного диоксида серы, а также пыли хлорида натрия. Все это вещество вытягивается магнитосферой Юпитера из тонкой атмосферы Ио со скоростью 1 тонна в секунду.
При этом в зависимости от ионизации эта материя улетучивается или в разреженное нейтральное облако вокруг спутника (желтое пятно на рисунке), или в плазменный тор, окружающий весь Юпитер (красная область там же).
Схема магнитосферы Юпитера и воздействия Ио: плазменный тор (красное), нейтральное облако (жёлтое), потоковая трубка (зелёное) и линии магнитного поля (голубые)
А как Ио влияет на полярные сияния Юпитера? Оказывается, что часть ионизированного газа, который планета «ворует» у своего спутника, направляется вдоль силовых линий магнитного поля к ее полюсам (зеленое вертикальное кольцо на рисунке выше). Получается как бы трубка, соединяющая Ио и приполярные области Юпитера, по которой заряженные частицы туда закачиваются. В результате в атмосфере Юпитера образуется «отпечаток» Ио: авроральное пятно, которое следует за вращением спутника с некоторым отставанием.
Анимация, созданная из снимков космического телескопа Хаббл, весна 2005 года. Справа виден след Ио
Подобным же образом, но в гораздо меньшей степени, влияют на авроры Юпитера два других его спутника — Европа и Ганимед. Их горячие авроральные пятна образуются за счёт высокозаряженных ионов кислорода, серы и, возможно, углерода, которые активно обмениваются зарядами.
Авроральные или горячие пятна (в ультрафиолете) Ио, Ганимеда и Европы — следы магнитных силовых линий, соединяющих ионосферы спутников с ионосферой Юпитера.
Яркие пятна внутри основных колец, появляющиеся время от времени, как считается, связаны с взаимодействием магнитосферы и солнечного ветра.
Северное и южное полярные сияния Юпитера. Фото планеты и фото полярных сияний, сделанные разными инструментами телескопа «Хаббл» (видимый диапазон и ультрафиолет).
Крайне интересны рентгеновские полярные сияния Юпитера. — Во-первых, Юпитер — это единственный газовый гигант в Солнечной системе, у которого обнаружены рентгеновские полярные сияния. Во-вторых, в отличие от Земли, где полярные сияния на северном и южном полюсах являются почти зеркальным отражением друг друга, излучение на полюсах Юпитера «несинхронизировано» — южные и северные авроры ведут себя независимо друг от друга и изменяют свою интенсивность вразнобой.
К тому же, рентгеновское излучение Юпитера пульсирует. На южном полюсе — каждые 11 минут, а вот на северном сияние неустойчиво и меняет свою активность независимо и с другой периодичностью – в разные периоды времени – от 12 до 26 и даже до 40–45 минут.
Причины таких рассинхронизации и пульсации пока неясны.
Рентгеновские полярные сияния в северном и южном полушарии Юпитера. Данные с орбитальных спутников «XMM-Newton» и «Chandra X-ray»
И ещё вопрос, — как Юпитер наделяет частицы в своей магнитосфере огромными энергиями, необходимыми для создания постоянного потока рентгеновских лучей?
Есть предположение, что планета ускоряет ионы кислорода до невероятно высоких энергий, которые при столкновении с атмосферой на скорости в тысячу километров в секунду теряют все восемь электронов. Будущие наблюдения «Чандры», «XMM-Newton» и юпитерианской станции «Juno» должны раскрыть природу данного процесса.
Комбинированное фото телескопов «Хаббл» и «Chandra X-ray»
Фото + реконструкция полярного сияния в видимом диапазоне над северным полюсом Юпитера с аппарата «Juno». Орбитальная юпитерианская станция позволила наблюдать темную сторону планеты. 18 декабря 2018 год.
Инфракрасное изображение полярного сияния на Южном полюсе Юпитера с телескопа «Subaru».
Взаимодействующие с солнечным ветром газы в верхних слоях атмосферы нагреваются, как и на Земле. Однако нагрев юпитерианской атмосферы происходит в два или три раза глубже, чем на Земле, достигая нижнего уровня стратосферы.
Ну и нельзя не отметить Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе и единственный, имеющий собственную магнитосферу. Она очень мала и погружена в магнитосферу Юпитера. Однако наличие у Ганимеда ещё и слабой кислородной атмосферы обуславливают и наличие ультрафиолетовых полярных сияний.
Наблюдая за аврорами Ганимеда (а они зависят от изменения магнитного поля Юпитера — при этом полярные сияния на Ганимеде как бы «покачиваются»), ученые пришли к удивительному выводу: под корой Ганимеда содержится большое количество солёной воды, и она влияет на его магнитное поле.
Присутствие солёного океана создаёт вторичное магнитное поле, которое позволяет противостоять влиянию Юпитера. Это «магнитное трение» некоторым образом подавляет раскачивание сияний. На практике качание сияний уменьшено до 2 градусов (вместо 6 градусов, которые бы наблюдались, если бы океана не существовало).
По расчётам учёных, глубина океана – 100 километров, то есть он примерно в 10 раз глубже, чем океаны Земли. Правда, океан Ганимеда похоронен под 150-170-километровым панцирем льда.
Комбинированное фото «Хаббла» в видимом и УФ-диапазонах + визуализация Ганимеда.
Система Сатурна
На Сатурне тоже имеются полярные сияния, куда ж они денутся.
Здесь «вулканически» активен Энцелад, южная полярная область которого активно извергает фонтаны водяного пара с частицами льда в окружающую спутник атмосферу. Эти выбросы достигают нескольких сотен километров и даже становятся частью кольца E, в котором вращается Энцелад.
Часть этого водяной пара ионизируется и в объеме 100 кг в секунду пополняет магнитосферу Сатурна различными гидро-, водородными, кислородными и пр. ионами и радикалами.
Однако их не хватает, чтобы раздуть магнитосферу гиганта до размеров юпитерианской. Поэтому полярные сияния на Сатурне зависят гораздо сильнее, чем на Юпитере, от интенсивности солнечного ветра. В этом они схожи с земными.
Северное полярное сияние Сатурна, снятое аппаратом «Кассини» в инфракрасном диапазоне (4 мкм, синим цветом). Лежащие внизу облака — окрашены в условный красный (5 мкм). Прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако.
Полярные сияния на Сатурне, как и на Земле, образуют замкнутые или неполные кольца вокруг магнитных полюсов.
«Полярные сияния на Сатурне могут быть чрезвычайно изменчивыми. — Сейчас вы видите фейерверк вихрей, а через некоторое время не видите ничего. В 2013 г., например, мы видели невообразимое множество сияний на обоих полюсах планеты — от устойчивых ярких колец до сверхбыстрых вспышек света, проносящихся через полюс», — обращает внимание Джонатан Николс (Jonathan D. Nichols) из Лестерского университета в Англии.
Южный полюс Сатурна и совместная работа телескопа «Хаббл» в УФ-диапазоне и аппарата «Кассини» в видимом, ИК- и радиодиапазонах.
Три изображения Сатурна, полученные с промежутками в два дня.
И Сатурн в чистом ультрафиолете от «Хаббла».
Благодаря возможности «Кассини» наблюдать объекты в видимом свете, ученые смогли выяснить цвета полярных сияний на Сатурне. В то время как, авроры на Земле имеют зеленые цвета ближе к поверхности и красные наверху, камеры зонда показали, что полярные сияния на Сатурне имеют красные цвета ближе к центру планеты и фиолетовые — в верхних слоях атмосферы.
Особенно яркое полярное сияние на Сатурне, снятое с близкого расстояния миссией «Кассини» 29 ноября 2010 года. Сияние уходит вниз от поверхности планеты (занимающей верхнюю часть изображения) на 1400 км. Штриховыми линиями обозначены параллели и меридианы, черточки в нижней части фотографии — звёзды.
Уран и Нептун
С Ураном у нас тут всё не слава богу — и лежит на боку, и ось магнитного поля не проходит через геометрический центр планеты. Она «промахивается» на треть радиуса и наклонена на целых 59° от оси вращения.
БОльшая «промашистость» — только у Нептуна. Ось его диполя сдвинута на 14 тыс. км в сторону от центра планеты (это 0,57 ее радиусов), а центр диполя смещен на 6 тыс. км в южное полушарие. Поэтому напряженность магнитного поля у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного. Но наклон поменьше — 47°.
Несмотря на такую «кривость и промашистость» осей, магнитные поля у ледяных гигантов не такие и слабые, — у Урана почти как у Земли, у Нептуна всего раза в 2-3 поменьше. Соответственно, имеются и магнитосферы, и головные ударные волны, а вкупе с мощными атмосферами должны быть и полярные сияния.
Трудности охоты за полярными сияниями на Уране и Нептуне заключаются в том, что рассчитать «подлетное время» коронального выброса с Солнца непросто. Даже до Земли высокоэнергетические частицы летят сутки-двое-трое, и точно предсказать время не получается. Скорость выброса, конечно, известна — она обычно составляет сотые доли скорости света, то есть тысячи километров в секунду, — но на результат влияет еще и взаимодействие частиц с гравитационным и магнитным полем Солнца.
Легко подсчитать, что при скорости выброса в 3000 км/с и расстоянии до Урана почти 3 млрд. км, полярное сияние на планете произойдет приблизительно через 11 дней. Однако погрешность этих вычислений велика, а время работы на телескопе «Хаббл» расписано, так что невозможно смотреть несколько суток подряд только на Уран или Нептун.
И поскольку орбитальных миссий у ледяных гигантов не было, то в случае с Ураном первую аврору удалось зафиксировать только в 2011 году.
Авроры на Нептуне пока не удалось изловить телескопами. «Вояджер-2» наблюдал полярные сияния, в атмосфере Нептуна, — они были разбросаны по всему пространству (а не только в овальных областях вокруг полюсов). Авроры наблюдались также и на Тритоне.
Полярные сияния Урана, пойманные УФ-спектрографом «Хаббла» в 2011, 2012 и 2014 годах.