Комета Лавджоя и свечение атмосферы

Этот снимок сделан Дэном Бербанком (Daniel C. Burbank) с борта Международной космической станции 21 декабря 2011 года. Прежде всего, бросается в глаза яркая комета с огромным хвостом. Это комета Лавджоя (C/2011 W3 (Lovejoy)), которая была одной из самых ярких за последнее десятилетие: максимум ее видимой звездной величины был между –3 и –4, что сравнимо с яркостью Венеры. На Земле ее можно было наблюдать в Южном полушарии.

Комета Лавджоя относится к семейству околосолнечных комет Крейца — долгопериодических комет, которые очень близко подходят к Солнцу в перигелии. Считается, что эти кометы произошли от одной гигантской кометы, которая в прошлом развалилась на несколько частей. Перигелий кометы Лавджоя находился на расстоянии всего 140 000 километров от поверхности Солнца (это порядка 1/5 солнечного радиуса) — то есть она даже «зацепила» солнечную корону. Обычно солнечное излучение уничтожает так близко подошедшие кометы, но этой комете удалось выжить (благодаря достаточно большому ядру) и приобрести невероятно длинный и красивый хвост, хотя при этом она потеряла пару звездных величин яркости. Этот снимок сделан в первые дни после прохождения перигелия.

В нижней части снимка можно заметить нечто не менее удивительное — собственное свечение земной атмосферы. Этот эффект был обнаружен еще Андерсом Ангстремом в 1868 году, но детальное его наблюдение и изучение стали возможны лишь многие годы спустя, при помощи летательных аппаратов и метеозондов. Многие знают, что наша атмосфера рассеивает свет и благодаря этому получает свой голубой цвет. В безлунную ночь вдали от городской засветки можно заметить, что атмосфера может излучать и сама. Самый известный пример такого собственного излучения — полярные сияния. Но оказывается, что благодаря солнечному ветру и космическим лучам атмосфера может светиться не только на полюсах, но и в любой точке планеты (правда, в меньшей степени). Подробно об этом явлении рассказано в видео, подготовленном ESO:

Один из главных механизмов свечения атмосферы — соединение атома азота с атомом кислорода, в результате чего образуется молекула монооксида азота (NO). В ходе реакции излучается фотон. Это пример хемолюминесценции — излучения света от химической реакции. Другой источник свечения — рекомбинация атомарных газов после того, как в дневное время произошла их фотоионизация. Атомы как бы разряжают накопленную за день энергию в виде света.

Свечение атмосферы на разных высотах различается по цвету. Здесь показаны синий (верхний) и зеленый (средний) слои, светящиеся за счет рекомбинации кислорода, а также желтый (нижний) натриевый слой. Зеленое и синее излучение на высоте 90–100 км над поверхностью Земли. Натриевый слой гораздо толще, но несмотря на это желтое свечение обычно не так заметно. Рисунок с сайта auroranightglow.blogspot.ru

Цвет атмосферного свечения зависит от того, какие химические вещества принимают участие в реакциях. В описанной выше реакции образования монооксида азота обычно испускается фотон с длиной волны около 558 нм, то есть зеленый. Кроме того, существует теория, согласно которой превращение атомов кислорода в озон под воздействием ультрафиолета дает зеленое свечение. Излучение молекулярного кислорода синее. Также на высотах 150–300 км может возникать красное свечение при участии возбужденных гидроксильных радикалов (ОН) и диссоциативной рекомбинации молекулярного кислорода. Желтое свечение возникает на высотах 80–105 км в так называемом «натриевом слое», где возбужденные атомы натрия излучают на длине волны около 590 нм. Считается, что основным источником натрия в этом слое служит абляция (потеря вещества при прохождении плотных слоев атмосферы) метеоров.

Кстати, о метеорах. Как правило, метеорные потоки возникают именно из-за комет. Когда наша планета пересекает орбиту кометы, то распределенные по этой орбите мелкие обломки и частицы пыли от кометы входят в земную атмосферу. Там они сгорают и оставляют в небе след, яркость которого зависит от размеров метеора. Многие метеорные потоки наблюдаются ежегодно, и момент прохождения Земли через орбиту конкретной кометы несложно рассчитать. В середине августа можно наблюдать метеорный поток Персеиды. Он вызван кометой Свифта — Татлла (109P/Swift—Tuttle), а пик активности, то есть максимальное количество метеоров в час, пришелся в этом году на 12 августа.

Метеор потока Персеиды, наблюдавшегося в августе 2009 года. В 2016-м пик активности потока пришелся на 12 августа. При хороших условиях наблюдения (ясная погода, отсутствие засветки) можно будет увидеть до 150 метеоров в час. Фото с сайта science.nasa.gov

Фото кометы Лавджоя с сайта spaceflight.nasa.gov.

Анастасия Стебалина