Іноді звичайні – різнокольорові – полярні сяйва супроводжуються яскравими білими сполохами, природа яких досі була ясна. Тепер завдяки все більш досконалій техніці вдалося зафіксувати десятки таких незвичайних випадків. Виявилося, що ці білі сяйва схожі на ще одне ефектне атмосферне явище під назвою «Стив».
Полярні сяйва — породження сонячного вітру, тобто потоку його власної речовини, що постійно летить від світила: протонів, електронів і навіть цілих гелієвих ядер. В основному велика земна магнітосфера стримує все це бомбардування в сотнях і тисячах кілометрів над планетою, але має два вразливі місця: Північний і Південний полюси. Силові лінії магнітного поля Землі виходять з одного з них і, обійшовши світ, входять до іншого полюса. Тому саме там заряджені частинки Сонця одержують можливість зустрітися з більш щільними шарами атмосфери.
Атоми і цілі молекули в атмосфері від цієї атаки тимчасово приходять у збуджений стан: електрони, що носяться навколо їхніх атомних ядер, переходять на вищі «орбіти». Незабаром вони повертаються на попередні рівні, але не без видимих наслідків: у момент зворотного переміщення кожного електрона випускається фотон. Звідси й свічення. Його колір залежить від конкретної речовини, атакованої сонячними частинками, а також від висоти: наприклад, кисень на висотах приблизно від 100 до 300 кілометрів світиться зеленим, вище червоним. Синій та фіолетовий відтінки бувають від азоту на порівняно невеликих висотах.
У будь-якому випадку полярні сяйва в основному кольорові, але іноді в них бувають білі або сірувато-білі світлові шлейфи. Для них досі не було запропоновано чіткого пояснення. Як відомо, біле світло поєднує в собі весь видимий спектр, тобто всі можливі довжини хвиль видимого світла. Нещодавно природу цих незвичайних полярних сяйв вирішила прояснити команда вчених із Канади та США.
У статті для видання Nature Communications дослідники узагальнили спостереження 30 таких випадків і звернули увагу, що за своїми характеристиками ці сяйва дуже схожі на інший не менш цікавий атмосферний феномен — так званий Стів. Це ефектна, яскрава біло-фіолетова смуга, яка тягнеться на сотні кілометрів і перетинає чималу частину нічного неба.
«Стивом» її охрестили насправді жартома, згадавши епізод із популярного мультфільму, де герої вирішують назвати так нове невідоме явище. Пізніше в NASA вирішили “узаконити” цей термін і запропонували використовувати його як абревіатуру STEVE – Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, “Сильне підвищення швидкості теплового випромінювання”.
Фізики дійшли висновку, що така смуга світіння йде від дуже гарячого потоку газу на висоті приблизно 300 кілометрів над Землею. Цікаво, що Стів відкрили дослідники полярних сяйв, і вони підозрюють у ньому той же наслідок впливу сонячних частинок на атмосферу, тільки пов’язане не з збудженням атомів, а з нагріванням.
Для білих та сіро-білих вкраплень у полярні сяйва тепер запропонували схожий механізм виникнення. За словами вчених, це може бути хемілюмінесценція — свічення через хімічні реакції, в цьому випадку спровоковані екстремальним нагріванням верхніх шарів атмосфери. Як підкреслили дослідники, полярні сяйва виявилися набагато складнішим процесом, ніж передбачалося.