Введение

Каждую зиму тысячи туристов отправляются в северные широты, такие как Скандинавия, Канада и Аляска, в надежде увидеть завораживающее полярное сияние. Но как же возникают эти удивительные световые явления? Ответ на этот вопрос будет искать новая миссия NASA под названием CINEMA, которая направлена на изучение магнитотала Земли и процессов, связанных с образованием полярных сияний.

Полярные сияния: загадка природы

Винсент Ледвина, гид по полярным сияниям и аспирант в области физики космоса в Университете Аляски в Фэрбенксе, проводит около 1000 экскурсий ежегодно. Многие туристы интересуются, как именно создаются эти завораживающие световые занавеси. Ледвина объясняет, что полярные сияния появляются, когда высокоэнергетические частицы из космоса, проходя через магнитосферу Земли, сталкиваются с молекулами в атмосфере. Однако на более специфические вопросы, такие как причины разнообразных форм сияний, ответить сложно. «Иногда люди спрашивают, что вызывает разные формы полярного сияния, и все, что я могу сказать, это: ‘Кто знает?'» — говорит Ледвина.

Магнитотал Земли: таинственная область

Большинство полярных сияний, которые мы наблюдаем вблизи северного и южного магнитных полюсов, начинается как плазменные потоки в магнитотале Земли, который вытягивается за планетой, подобно воздушному мешку от солнечного ветра. Для глубокого понимания того, как процессы, происходящие на расстоянии сотен тысяч миль, создают специфические формы полярных сияний, необходимы измерения частиц и электрических токов, поступающих из магнитотала, в сочетании с орбитальной визуализацией сияний. Миссия NASA CINEMA направлена на решение этой задачи.

Что такое CINEMA?

Робин Миллан, профессор физики и астрономии в Дартмуте и главный исследователь CINEMA, утверждает: «Взрывные явления в магнитосфере могут серьезно повлиять на наши технологические системы. Мы в корне не понимаем, когда магнитотал освободит магнитную энергию и каков будет ее эффект». Миллан, начавшая свою карьеру в лаборатории космических наук UC Berkeley, ранее управляла несколькими исследовательскими миссиями, но CINEMA станет ее наиболее сложной работой. Миссия NASA включает в себя созвездие из девяти малых спутников, которые впервые сосредоточатся на дистанционном зондировании магнитотала.

Технологии, стоящие за CINEMA

Камера CINEMA основана на десятилетиях совершенствования технологий визуализации полярных сияний. Когда высокоэнергетические частицы солнечного ветра сталкиваются с магнитосферой, они захватываются магнитоталом, где некоторые из них возвращаются к Земле, создавая устойчивый конвекционный паттерн, известный как цикл Данджи. Эта энергия часто нарушается взрывными магнитными событиями, известными как субштормы, которые вызывают мощные потоки плазмы к Земле и создают интенсивные полярные сияния.

История исследований полярных сияний

Концепция субштормов начала формироваться в 1950-х и 60-х годах, когда началось активное исследование с использованием наземных камер и спутников. Первые модели камер использовали длинные экспозиции на пленке и были недостаточно чувствительны для наблюдения за тонкими деталями. Стивен Менде, физик-исследователь из лаборатории SSL, помог разработать некоторые из первых всехобъемных камер, которые использовались для изображения конкретных длин волн света.

Современные достижения в области визуализации

Цвет полярного сияния определяется типом атмосферного газа, с которым сталкиваются частицы. Менде, тогда работая в Lockheed Martin, разработал камеру, которая сжимала свет из широкоугольного объектива, разделяла его для создания двух отдельных изображений и фильтровала каждое изображение для наблюдения за разными цветами. Это позволило команде определить уровень энергии частиц, создавших запечатленные полярные сияния.

Будущее исследований полярных сияний

Команда ученых и инженеров из SSL надеется преодолеть предыдущие ограничения, разрабатывая камеру для CINEMA. Камера будет использовать аналогичный сенсор, как у современных цифровых камер, но захватывать тусклые полярные сияния с высоты около 7 километров в секунду будет настоящей задачей. CINEMA решит эту проблему, делая множество коротких экспозиций и комбинируя их для создания одного изображения.

Заключение

Миссия CINEMA обещает значительно расширить наши знания о полярных сияниях и магнитотале Земли. Понимание этих процессов не только удовлетворит наше любопытство, но и поможет нам лучше подготовиться к воздействиям на наши технологии, вызванным магнитными явлениями. Полярные сияния больше не будут для нас просто красивым природным явлением, а станут объектом глубокого научного исследования.