11 марта 2013 г.

Как и где искать полярное сияние?

Предстоящая поездка в Кировск с ее небольшой вероятностью наблюдения Полярного сияния (и желание его сфоткать) заставили немного покопаться в вопросе. И оказалось, что "поймать" сияние сейчас (после публикации ряда научных работ, а также подтягивания к ним математических методов и возможностей интернета) - задача уже не теории вероятностей и везения, а простой внимательности и желания что-то действительно увидеть.


Попробую в нескольких словах и ссылках изложить, куда для этого надо смотреть и что учитывать...



Излагаю очень коротко и ненаучно  (к терминологии, пожалуйста, не цепляйтесь):

О том, что такое Полярное сияние - читайте в Википедии.

Цитирую Википедию: Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства (Авроральные течения), называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы).

Модель "ореола" полярного сияния строилась несколько раз, последняя была предложена, кажется, в 2008 году. Это, грубо говоря, бублик, центр которого - примерно магнитный полюс Земли. Выглядит как-то так (широкая зеленая полоса).
 
(взято отсюда: http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast/NorthPolar/2013/03/11)

Цитирую Википедию: Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.

Это самое давление плазмы на практике мы посмотреть не можем, зато мы можем посмотреть геомагнитную активность...

Kp - индекс геомагнитной активности (от 0 до 9; http://pogoda.by/glossary/?nd=23&id=242).
По индексу судим о степени возмущения магнитного поля Земли:
Kp <= 2 — спокойное;
Kp = 2, 3 — слабовозмущенное;
Kp = 4 — возмущенное;
Kp = 5, 6 — магнитная буря;
Kp >= 7 — сильная магнитная буря.
Грубо говоря, это ширина и яркость той самой зеленой полосы.

Текущее положение дел представлено тут: http://www.swpc.noaa.gov/pmap/pmapN.html (обновляется раз в 15 минут и подтягивается в этот пост после обновления страницы):

Правда, здесь слева шкала - это не Kp индекс, но просто некий фактор активности сияния... Но в данном случае это не важно;)

Зная ширину и яркость (а также высоту над поверхностью земли - за пояснениями по этому пункту рекомендую обратиться к той же Википедии), мы можем хотя бы теоретически посчитать, откуда явление может быть видно. На первой картинке выше граница "видимости" - это тонкая зеленая линия. Очевидно, что в нас.пунктах у самой линии сияние будет видно у самого горизонта, а чем ближе мы к магнитному полюсу - тем выше сияние будет "подниматься".

Для наших широт есть более адекватное представление этой картинки у первоисточника:

 
(Источник: http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast/Europe/2013/03/15 - к сожалению здесь сделать автоматическое обновление картинки не получится)

Индекс Kp допускает предсказание. Все бы хорошо, но тут как с погодой... чем дальше прогноз по времени - тем меньше гарантий. Картинка выше - это предсказание на 15 марта одной из лабораторий (прогноз на другие дни можно получить по ссылке под картинкой)...
Что интересно, данные разных лабораторий даже в прогнозах на несколько дней - разнятся;) Уж не знаю, стоит ли больше здесь доверять "отечественному производителю" или нет, но на русском языке инфа доступна от Тесиса (здесь картинка также не обновляемая):
http://www.tesis.lebedev.ru/forecast_activity.html?m=3&d=10&y=2013



Менее длительный прогноз:
1. На час вперед:http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast/Europe/2013/03/10
2. Альтернативные данные: приложение Auroral Forecast для iOS / Windows / Android (http://kho.unis.no/Forecast.htm, там есть описание... приложение вместе с другими похожими ищется в поиске соответствующих магазинов)
3. Почасовой прогноз от Gismeteo (в их погоду я не верю, но всякое бывает): на примере Мурманска http://www.gismeteo.ru/city/gm/3907/

Как пользоваться прогнозом:
Представлять, что значит какой Kp самим уже давно не надо. Все посчитано до нас.
Для наблюдения полярного сияния в Кировске достаточно Kp = 2 (цветные переливы могут появиться при Kp = 3);
Kp = 5 - есть вероятность заметить сияние в СПб;
Kp = 6 - Псков и т.д.
(первоисточник:http://pogoda.by/glossary/?nd=23&id=242)
Конечно, "границы" - примерные. Их можно также смотреть здесь:http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast/Europe/2013/03/15 (как отмечала выше, тонкая зеленая линия - граница видимости). В упомянутом выше приложении Auroral Forecast вообще есть возможность посмотреть небосвод над одной из точек (самая близкая к нам в этом приложении - Полярный геофизический институт в Мурманской области) и оценить вероятность наблюдения от 0 до 100%. Софтина дает прогноз на час вперед - этого как раз достаточно будет, чтобы собрать манатки и выехать подальше от огней города;)) 

Прочие условия:
Естественно, для наблюдения должна быть достаточно ясная погода (прозрачная атмосфера - прогнозы по видимости, кстати, тоже всегда доступны... к примеру вот тут есть про текущую погоду:http://www.foreca.ru/Russia/Kirovsk)...
Сколько условных километров видимости надо для наблюдения сияния от определенного Kp в тех или иных точках, мне найти не удалось, но это, имхо, уже интуитивно ловить надо... Или в тематических форумах читать, что и при каких условиях народ наблюдал...
По собственному опыту знаю, что наблюдение сияния на берегах морей требует очень уж уникальной погоды - там, особенно если температура воды выше температуры воздуха (как зимой на нашем мурманском побережье), высокая сырость. Влага в воздухе уменьшает видимость. Особенно это касается Баренцева моря, где постоянно подогревающий Гольфстрим не дает надежды на просветления. Гораздо лучше наблюдать явление, углубившись хотя бы на 30 - 40 км вглубь континента.
Но опять же, все это не значит, что невозможно наблюдать сияние на берегу Баренцухи. Просто явление должно быть уж очень ярким, чтобы его увидеть.
Яркость <- интенсивность магнитной бури. 
И это уже ловить надо.

Кстати, именно прозрачность атмосферы и ее влияние на частоту наблюдения сияния привело к тому, что есть миф, будто Северное сияние можно увидеть только в адовый мороз. Дело то не в морозе, а в сочетании многих факторов для данной географической точки и данного отрезка времени: текущей прозрачности воздуха, интенсивности сияния, времени суток, высоты точки над уровнем моря и т.п. В Мурманской области, где "принято" наблюдать за сиянием среди жителей европейской части России, для Kp=2 или около того (что по статистике встречается чаще) действительно нужен мороз (и не просто мороз, а очень высокое давление). Но при больших Kp возможны самые разные "фокусы". Я, к примеру, находила фотки сияния, сделанные ЛЕТОМ на Ладоге... (ну и теперь, обладая таким инструментом, как прогноз геомагнитной активности на смартфоне, я и сама буду пробовать поймать что-то подобное... ведь это - воистину уникально!).

Кроме интенсивности воздействия солнца, значение имеет то, каким боком Земля к нему повернута.
Цитирую Википедию: "Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°."
Грубо говоря, "бублик" над магнитным полюсом немного смещается, в зависимости от местоположения солнца. К примеру, вот состояние "бублика", когда Солнце светит на нашу сторону планеты (красная стрелка отмечает полуденный меридиан):



Для сравнения привожу картинку с противоположной ситуацией (разница, как говориться, на лицо):


Но теория здесь только для понимания следующего принципа: на долготе Кировска оптимальное наблюдение - с 21:00 до 1:00. Максимум - в середине этого промежутка. Как я понимаю, этот вывод подойдет для всех точек со сходной магнитной долготой. Т.е., откидывая погрешность, можно экстраполировать его и на Петрозаводск, и на Питер, и на всю Мурманскую трассу.
Это не значит, что достаточно интенсивные "всплески" не будут видны в другие часы.  Вопрос исключительно в силе возмущения магнитного поля.

Мне кажется, сияние также должно "засвечиваться" огнями города...  Т.е. только при очень сильной магнитной буре можно что-то заметить из окна новостройки (а то я давно пользовалась преимуществами жизни на окраине, благо окна - на север)...

Много букофф по этому поводу есть тут: http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,3198.0.html
Там есть фото-доказательства того, что при достаточной магнитной буре сияния есть и в Московской области.