# От Лондона до Юпитера: физик Марина Галанд о механизмах полярных сияний и поиске внеземной жизни

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=DGcYBkw5MQ0
Канал: The Royal Institution
Опубликовано: 10.09.2025

---

Полярные сияния веками будоражили человеческое воображение, порождая легенды о сражающихся духах воинов или небесных знамениях. Однако для современной науки это явление — не просто красивое световое шоу, а сложнейший инструмент дистанционного зондирования, позволяющий заглянуть в недра далеких планет и их спутников. В стенах The Royal Institution физик Марина Галанд (Marina Galand) объясняет, как механизмы, вызывающие свечение неба над Землей, помогают ученым искать подледные океаны на Ганимеде и предсказывать глобальные сбои в работе земных технологий.

## 🌌 Анатомия небесного танца: механизмы и цвета
[[JUMP:00:21]]

Полярное сияние — это видимое проявление взаимодействия плазмы (заряженных частиц) с атмосферой небесного тела. По определению Марины Галанд, сияние возникает, когда энергичные частицы извне — электроны или ионы — сталкиваются с атомами или молекулами верхних слоев атмосферы [05:48]. Этот процесс можно описать как поэтапную передачу энергии:

*   **Столкновение:** Электрон из космоса врезается в атом (например, кислорода).
*   **Возбуждение:** Атом поглощает энергию и переходит в нестабильное, «возбужденное» состояние [05:21].
*   **Релаксация:** Чтобы вернуться в нормальное состояние, атом должен избавиться от излишков энергии, испуская фотон.

Цвет сияния служит «отпечатком пальца» химического состава атмосферы. На Земле доминируют две линии излучения атомарного кислорода [06:57]:

1.  **Зеленая линия (557,7 нм):** Возникает на высоте более 100 км. Это основное свечение, которое мы видим.
2.  **Красная линия (630 нм):** Формируется выше 200 км [14:38].

Разница в высотах объясняется плотностью атмосферы и временем жизни возбужденного состояния. По словам Марины Галанд, для красной линии это время составляет около 110 секунд. На малых высотах, где атмосфера плотнее, атомы сталкиваются друг с другом раньше, чем успевают испустить свет, поэтому красное сияние возможно только в очень разреженных верхних слоях [15:04]. Зеленое излучение имеет гораздо меньшее время жизни (менее секунды), поэтому оно доминирует ниже, где столкновения происходят чаще [15:47].

## ☀️ Солнечный цикл и «сияющий» Лондон
[[JUMP:16:43]]

Главным двигателем полярных сияний является Солнце. Оно постоянно испускает солнечный ветер — поток электронов и протонов. Земля защищена от этого потока глобальным магнитным полем, которое работает как щит [17:37]. Однако в полярных регионах, где магнитные линии смыкаются, частицы могут проникать в атмосферу, образуя так называемый «авроральный овал» [20:41].

Обычно этот овал расположен над Скандинавией, Исландией и Канадой. Но в последние годы сияния стали наблюдать даже в Лондоне (май и октябрь 2024 года, январь 2025 года) [21:22]. Марина Галанд объясняет это пиком 11-летнего солнечного цикла [24:08]:

*   **Механизм цикла:** Солнце вращается неравномерно — на экваторе быстрее (около 25 дней), чем у полюсов (до 35 дней) [24:53]. Это запутывает магнитные линии.
*   **Переполюсовка:** Каждые 11 лет магнитные полюса Солнца меняются местами.
*   **Солнечный максимум:** В этот период (который приходится на 2024–2025 годы) чаще происходят корональные выбросы массы. Мощные потоки плазмы «сдавливают» магнитный щит Земли, расширяя авроральный овал до широт Лондона и даже южнее [26:02].

## 📡 Космическая погода: риски для цивилизации
[[JUMP:28:42]]

Полярные сияния — это не только красота, но и индикатор опасности. Явление, называемое «космической погодой», напрямую влияет на современные технологии. Марина Галанд подчеркивает, что высокоэнергетические частицы ионизируют атмосферу, что меняет её плотность и электрические свойства [27:07].

Основные риски включают:

*   **Сбои связи:** Изменение плотности плазмы мешает прохождению сигналов между Землей и спутниками [27:23].
*   **Разрушение электросетей:** Переменные магнитные поля индуцируют токи в проводниках на поверхности Земли. Исторический пример — блэкаут в Квебеке в 1989 году, когда вся провинция осталась без электричества [28:30].
*   **Деградация орбит:** При нагреве атмосфера расширяется, увеличивая сопротивление для низкоорбитальных спутников, что может привести к их преждевременному падению [29:10].

В Великобритании риски экстремальной космической погоды внесены в Национальный реестр рисков, а для мониторинга ситуации создан Центр оперативного прогнозирования космической погоды Met Office [30:02].

## 🪐 Юпитер и загадка Ганимеда
[[JUMP:30:17]]

Сияния наблюдаются на многих телах Солнечной системы: Сатурне, Юпитере, Марсе и даже кометах [30:30]. Однако Ганимед — крупнейший спутник Юпитера и всей системы — занимает особое место.

Ганимед уникален тем, что это единственный известный спутник, обладающий собственным глобальным магнитным полем [35:33]. Это было обнаружено Маргарет Кивелсон (Margaret Kivelson) с помощью зонда Galileo [35:46]. На Ганимеде также есть свой авроральный овал, наблюдаемый в ультрафиолете.

Марина Галанд объясняет, что анализ колебаний этого овала стал ключом к открытию подледного океана. Юпитер вращается очень быстро (цикл 10 часов), и его мощное магнитное поле постоянно воздействует на Ганимед [36:53]. По законам физики, полярное сияние на спутнике должно «раскачиваться» под влиянием Юпитера. Однако наблюдения телескопа Хаббл показали, что амплитуда этого раскачивания гораздо меньше ожидаемой [37:35].

## 🧲 Эксперимент Фарадея в космическом масштабе
[[JUMP:39:41]]

Причина «торможения» полярных сияний на Ганимеде кроется в работах Майкла Фарадея, проводившихся в том же здании The Royal Institution [39:56]. Согласно закону электромагнитной индукции, изменение магнитного поля создает электрическое поле.

Логическая цепочка исследования Ганимеда выглядит так:

1.  **Изменчивое поле:** Магнитное поле Юпитера меняется в районе Ганимеда из-за вращения планеты [40:09].
2.  **Индукция в океане:** Если внутри Ганимеда есть соленый (проводящий) океан, это переменное поле создает в нем электрические токи [43:03].
3.  **Вторичное поле:** Эти токи создают собственное магнитное поле, которое противодействует полю Юпитера [45:09].
4.  **Результат:** Вторичное поле «стабилизирует» авроральный овал, не давая ему сильно раскачиваться. Это и подтвердили измерения.

Марина Галанд отмечает, что наличие такого океана делает Ганимед потенциально обитаемым миром. Жизнь там может быть защищена толстым слоем льда от жесткой радиации Юпитера [39:11].

## 🚀 Миссия JUICE: будущее исследований
[[JUMP:46:42]]

Для детального изучения Ганимеда и его океана в апреле 2023 года была запущена европейская миссия JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) [46:42]. Марина Галанд принимает участие в этом проекте, который станет первой миссией, вышедшей на орбиту спутника другой планеты (в 2035 году) [48:15].

Основные задачи миссии JUICE:

*   Определить глубину и соленость подледного океана с помощью высокоточного магнитометра (построенного в Имперском колледже Лондона) [48:53].
*   Изучить взаимодействие атмосферы Ганимеда с плазмой Юпитера.
*   Оценить общую обитаемость системы Юпитера [50:14].

Параллельно к системе Юпитера летит миссия NASA Europa Clipper (старт в октябре 2024 года), которая сосредоточится на спутнике Европа [51:52]. Совместная работа двух зондов позволит получить беспрецедентные данные о «водных мирах» за пределами Земли. Марина Галанд призывает зрителей следить за небом: в ближайшие годы нас ждут не только новые открытия из глубин космоса, но и яркие сияния прямо над головой [50:28].