Правда ли, что Земля светится, если наблюдать её из космоса? Может ли человек своими глазами наблюдать свечение земной атмосферы? Как узнать состав атмосферы планеты, не отправляясь в космические путешествия? Зачем учёные изучают атмосферы планет и как применяют полученные знания? Ответы на эти и другие вопросы 24 августа узнали подписчики группы Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Мурманска в социальной сети во «ВКонтакте».

В новом видеоинтервью «Атмосфера Земли. Вопросы и ответы» Андрей Кириллов, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией атмосферы Арктики Полярного геофизического института из города Апатиты, рассказал об исследовании составляющих атмосферы Земли и других планет.

Астронавты на Международной космической станции (МКС) постоянно видят цветные сполохи над поверхностью Земли из космоса, но с поверхности планеты человеческому глазу зачастую сложно улавливать это явление. «Человеческий глаз способен различать в цвете излучение в диапазоне 400–700 нанометров, то есть фиолетовый, синий, голубой, зелёный, жёлтый, оранжевый и красный цвета. Если атомы и молекулы атмосферы излучают в данном диапазоне спектра, то человек может наблюдать и излучение атмосферы. Даже если бы глаз был способен воспринимать цвет в диапазоне до 800 нанометров, на поверхности Земли трудно было бы заметить свечение атмосферы, поскольку свет этой длины волны поглощается атмосферным кислородом, и к поверхности планеты его интенсивность значительно ослабевает», — отметил учёный. Когда излучение частиц достаточно сильное, свечение атмосферы заметно даже без специальных инструментов и приспособлений. Это происходит, например, при полярных сияниях.

В составе атмосферы Земли присутствуют разные химические элементы. Они образуют различные химические соединения. Одним из наиболее интересных веществ Андрей Кириллов считает кислород. «Кислород – это уникальный химический элемент, потому что он единственный образует три газа, которые присутствуют в атмосфере Земли в больших количествах: атомарный кислород О, молекулярный кислород О₂ и озон О₃. Атомарный кислород О светится зелёным или красным цветом во время полярных сияний. Молекулярный кислород О₂ в полярных сияниях светится в инфракрасном диапазоне. Отмечается, что интенсивность инфракрасной полосы в несколько раз превосходит зелёное свечение атомарного кислорода. Кроме того, молекулярный кислород излучает ультрафиолетовые и фиолетовые полосы в свечении ночного неба Земли», — говорит эксперт.

Андрей Кириллов поделился и весьма неожиданными для людей, не связанных с химической физикой и физической химией, открытиями. В частности, эксперт успокоил взволнованных состоянием озонового слоя планеты людей и подтвердил, что полностью озоновый слой исчезнуть не может. «Озон О₃ образуется в результате столкновения атома кислорода, молекулы кислорода и третьей частицы. На освещённой Солнцем стороне в атмосфере Земли всегда происходят процессы образования атомов кислорода, которые сталкиваются с молекулами кислорода и образуют молекулы озона. Однако наблюдаются случаи, когда в атмосфере происходит уменьшение концентраций озона из-за хлор- и фторсодержащих фреонов», — отметил учёный.

При этом количество озона в атмосфере по сравнению с другими газами очень мало. «Если бы можно было весь озон в атмосфере переместить на уровень поверхности Земли и сжать до атмосферного давления, то он образовал бы слой всего в 3 миллиметра. А вся сжатая под нормальным давлением атмосфера Земли составляла бы слой порядка 8 километров», — сравнил эксперт.

Молекулы и атомы в составе атмосфер других планет тоже излучают фотоны, и по цвету свечения возможно определить газовый состав атмосфер этих планет. Данные для таких исследований получают, прежде всего, с помощью фотометрических или спектрометрических наземных приборов. По словам учёного, расположение специализированной аппаратуры на возвышенностях, например, в горах, позволяет регистрировать даже ослабленное, поглощённое земной атмосферой излучение частиц. Использование спектральной аппаратуры на телескопах позволило измерять интенсивности очень малых свечений ночного неба, например, с помощью телескопа «Кек I» на Гавайских островах. А запуск космических летательных аппаратов со специальными приборами позволяет регистрировать не только свечение земной атмосферы, но и атмосфер других планет, таких как Венера, Марс и спутник Сатурна Титан. «Атмосфера Титана, спутника Сатурна, на 98% состоит из молекулярного азота. Зарегистрировано ультрафиолетовое дневное свечение атмосферы Титана, которое по спектру практически совпадает с аналогичным излучением атмосферы Земли.  Отличается оно лишь намного меньшей интенсивностью из-за большей удалённости от Солнца, а свечение земной атмосферы – наличием в спектре линий кислорода», — говорит учёный.

«На основании результатов экспериментальных измерений в атмосфере Земли и других планет можно узнать о процессах, протекающих в микромире, скорости атомно-молекулярных взаимодействий, распределении энергии между сталкивающимися частицами, трансформации энергии в тепло или свечение. Использование полученных знаний позволяет моделировать процессы в различных газовых смесях, в активной среде газовых лазеров. Мы надеемся, что не за горами то время, когда мы будем обладать настолько обширным багажом научных знаний, что профессора смогут давать студентам лабораторные задания по расчётам химического состава атмосфер планет, температурного режима и излучения различных газов в этих атмосферах», — воодушевлённо завершил интервью Андрей Кириллов.

В видеоинтервью из серии «Вопросы и ответы» представители научного сообщества Мурманской области выбирают самые популярные, интересные и умные вопросы о предмете своих исследований и дают на них честные и понятные ответы. С видеороликом «Атмосфера Земли. Вопросы и ответы», актуальными новостями ИЦАЭ Мурманска и анонсами предстоящих мероприятий можно ознакомиться в официальной группе центра во «ВКонтакте»