Північне сяйво століттями зачаровувало людей. Воно виглядає як магія: небо раптом спалахує зеленими, фіолетовими й червоними хвилями, які повільно «течуть» над горизонтом. Учені давно знали, з чого складається ця магія, але аж донині не могли повністю пояснити, за рахунок чого вона взагалі працює.
Було зрозуміло, що сяйво виникає, коли заряджені частинки з космосу врізаються в атмосферу Землі й змушують її світитися. Але залишалося ключове запитання: що саме розганяє ці частинки до таких шалених швидкостей і, головне, як цей процес може тривати годинами, а не згасати за кілька секунд?
Загадка «вічного живлення»
У верхніх шарах атмосфери вчені не раз фіксували електричні поля, які спрямовують частинки до Землі. Проблема в тому, що з погляду фізики такі поля без джерела енергії мали б швидко зникати. А північне сяйво, навпаки, часто триває довго й виглядає стабільним, наче хтось постійно «підживлює» його ззовні.
Фактично, бракувало одного елемента — своєрідної батареї в космосі.
Космічна батарея існує
Міжнародна команда науковців під керівництвом дослідників з Гонконзького університету та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі нарешті знайшла відповідь. Нею виявилися так звані хвилі Альфвена — особливі плазмові хвилі, які рухаються вздовж магнітних ліній Землі.
Якщо спростити, магнітне поле нашої планети працює як гігантська «рейка», а хвилі Альфвена ковзають по ній, переносячи енергію. Саме вони й виконують роль тієї самої невидимої батареї, яка постійно заряджає систему, що створює сяйво.
Ці хвилі не просто мандрують космосом. Вони здатні прискорювати заряджені частинки, буквально «штовхаючи» їх униз, у бік атмосфери. Там частинки стикаються з газами — і небо починає світитися.
Перевірка на практиці
Щоб переконатися, що це не просто гарна теорія, дослідники звернулися до реальних даних із космосу. Вони проаналізували вимірювання з супутників NASA — місій Van Allen Probes і THEMIS, які роками спостерігають за простором навколо Землі.
Ці дані підтвердили: хвилі Альфвена справді постійно «підживлюють» зону, де частинки прискорюються перед входом в атмосферу. Завдяки цьому електричні поля не зникають, а сяйво не перетворюється на короткий спалах — воно може танцювати в небі годинами.
Від Землі до Юпітера і далі
Найцікавіше, що це відкриття виходить далеко за межі нашої планети. Хвилі Альфвена — універсальне явище у фізиці плазми. Вони існують скрізь, де є магнітні поля й заряджені частинки.
А це означає, що той самий механізм, який живить північне сяйво на Землі, з великою ймовірністю відповідає і за гігантські аврори на Юпітері та Сатурні — значно потужніші й масштабніші за земні. По суті, вчені отримали універсальну модель, яка пояснює, як працюють аврори не лише в нашій Сонячній системі, а й, можливо, біля далеких екзопланет.
Коли магія стає зрозумілою
Північне сяйво не стало менш красивим від того, що ми краще зрозуміли його природу. Навпаки — усвідомлення того, що над нашими головами працює складна й витончена космічна «енергосистема», робить це явище ще більш вражаючим.
Тепер у цього небесного шоу є не лише поетичні описи, а й чітке фізичне пояснення. І за ним стоїть не міфічна сила, а хвилі, які безперервно мандрують уздовж магнітних ліній Землі, підтримуючи одне з найкрасивіших видовищ на нашій планеті.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Communications минулого місяця.