Полярное сияние загорается, когда электроны из космоса врезаются в верхние слои атмосферы. Учёные Полярного геофизического института в Апатитах определили, какие электроны чаще всего создают сияния в полуночном секторе авроральной зоны (полосы над северными широтами, где сияния бывают чаще всего). Они также выяснили, как в это время меняется содержание окиси азота в воздухе.
В качестве измерительного инструмента исследователи использовали высоту голубого свечения иона молекулярного азота с длиной волны 427,8 нм. Ярче всего оно там, где электроны теряют больше всего энергии. Моделирование показало, что высота этого максимума почти не зависит от формы спектра частиц и углов их входа в атмосферу. Главное, что её определяет, — средняя энергия потока. Поэтому высота свечения работает как линейка: по ней можно судить об энергии электронов.
Авторы применили этот подход к почти 58 тысячам сияний. Их зафиксировали камеры всего неба в северной Финляндии и Швеции зимой 2000–2007 годов. Средняя энергия электронов чаще всего оказывалась в диапазоне 3–4,5 кэВ (тысяч электрон-вольт), а наиболее вероятное значение — около 3,5 кэВ.
Второй результат связан со знаменитой зелёной линией сияний — свечением атомарного кислорода на 557,7 нм. Окись азота, которой в атмосфере немного, гасит один из механизмов возбуждения этого свечения. Для этой части работы учёные взяли около 3800 сияний, зарегистрированных в обсерваториях «Ловозеро» и «Туманный» в 1998–2000 годах, и сопоставили их с расчётами. Выяснилось, что концентрация окиси азота зависит от геомагнитной активности. При росте индекса Ap (показателя возмущённости магнитного поля Земли) с 5 до 40, то есть от спокойного неба до бури, она падает с 2·10⁸ до 4·10⁷ частиц на кубический сантиметр. Авторы связывают это с уменьшением содержания атомарного кислорода: по модели атмосферы NRLMSIS 2.0 его становится примерно в 1,6 раза меньше.
Это расчётная работа на основе архивных наблюдений. Её результаты опубликованы в журнале «Солнечно-земная физика». Полученные значения энергии электронов и концентрации окиси азота можно сразу закладывать в модели сияний, а не подбирать параметры типичного сияния каждый раз заново.
