Полярное сияние, таинственное и волшебное зрелище, окрашивающее ночное небо в изумрудные и кроваво-красные тона, долгое время оставалось предметом загадок и споров. Как именно возникают эти яркие танцы света в высоких слоях атмосферы? Каким образом атомы кислорода и азота порождают столь разнообразную палитру красок?
Чтобы разгадать эту космическую головоломку, японским ученым потребовалось создать инструмент с необычайной чувствительностью – гиперспектральную камеру HySCAI. Представьте себе “глаза”, способные не просто видеть сияние, но и прочесть его “язык” – спектр излучения, разложив его на составляющие волны света.
От плазмы до полярного неба: наследие исследований термоядерного синтеза
Ключ к созданию HySCAI кроется в опытах с плазмой, проводимых в Большом спиральном устройстве (LHD) – японском реакторе для исследования термоядерного синтеза. Там ученые под руководством доктора Кацуми Иды уже давно совершенствовали технологии измерения спектрального излучения плазмы, изучая процессы переноса энергии и атомных взаимодействий. Эти знания стали фундаментом для перехода к наблюдениям полярных сияний.
“Мы перенесли накопленный опыт в область астрофизики,” – поясняют исследователи. “Используя принципы, проверенные на плазме, мы смогли создать камеру, способную уловить слабые сигналы света от полярных сияний с невероятной точностью.”
Гиперспектральная революция: прощай, ограниченные фильтры
従来の観測方法では、特定の色を捉えるための光学フィルターを使用していました。しかし、これは波長範囲が限られ、解像度も低かったのです。HySCAI же предлагает принципиально новый подход – гиперспектральный анализ. Представьте, что вместо узких окон пропускания света мы получаем полное “спектр-панораму”, где каждая точка на изображении несет информацию о всей гамме цветов и их интенсивности.
Это позволяет увидеть не просто зеленый или красный цвет полярного сияния, а сложную картину излучения, раскрывающую механизмы его возникновения.
Пять лет кропотливой работы: от идеи к реальности
Создание HySCAI – это история пятилетней упорной работы. С 2018 года команда объединила линзовый спектрометр, высокочувствительную камеру EMCCD (используемую в LHD), а также оптическую систему развертки изображения с зеркалами-гальвометрами. В мае 2023 года эта уникальная система была установлена в космическом центре Esrange в Швеции – идеальном месте для наблюдений полярных сияний.
Первые двумерные “спектральные портреты” сияния
И вот, спустя годы напряженной работы, HySCAI дала свои первые плоды. Теперь у нас есть не просто изображения полярных сияний, а их полнокровные спектральные портреты – двумерные карты, где каждая точка отображает спектр излучения в конкретном месте и времени.
Эти уникальные данные открывают новые горизонты для понимания природы полярных сияний, позволяя ученым наконец-то разгадать тайны их цвета, динамики и взаимосвязи с процессами в верхних слоях атмосферы. Работа команды опубликована в журнале “Earth, Planets and Space”, а HySCAI продолжает свою миссию – расширять наши познания о красоте и загадках северного сияния.
