Полярные сияния возникают в верхних слоях атмосферы Земли из-за столкновений электрически заряженных космических частиц (солнечный ветер), движущимися вдоль линий геомагнитного поля Земли, с частицами (молекулами и атомами) земной атмосферы. Эти процессы происходят над двумя полюсами в обоих полушариях, и мы наблюдаем их как полярные Северные и Южные сияния. До настоящего времени исследователи предполагали, что эти сияния являются зеркальным отражением друг друга. Но результаты данных последних лет свидетельствуют о том, что это не всегда так.

Известно, что напряженность магнитного поля в разных полушариях не является одинаковой, но в ионосфере, где и происходит формирование полярных сияний, эти различия не превышают 10%. Кроме того, сезонные вариации также влияют на величину интенсивности авроральных явлений. Но наблюдаемую асимметрию эти факты не объясняют.

Рисунок 1. На рисунке изображены полярные сияния в обоих полушариях - как они выглядели 12 мая 2001 года. Хорошо видно, что картинка в северном полушарии (сверху) не является зеркальным отображением южного изображения (снизу). Такая асимметрия может быть результатом предсказанного ранее, но никогда до этого не наблюдавшегося, явления - существования электрического тока вдоль линий магнитного тока, связывающего оба полушария. (Изображение: Polar VIS Earth (J. B. Sigwarth) and IMAGE WIC (S. B. Mende))

12 мая 2001 года камеры, установленные на спутниках НАСА Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration (IMAGE) (использовалась широкополосная камера Wideband Imaging Camera, WIC) и Polar Visible Imaging System (VIS), зафиксировали полностью асимметричные распределения полярных сияний в северном и южном полушариях. В статье в журнале Nature представлено несколько возможных объяснений этих результатов.

Наиболее правдоподобное объяснение предполагает наличие электрических токов вдоль магнитных силовых линий. Теоретические расчеты дают следующую картинку. Различия в солнечном облучении в северном и южном полушариях неизбежно ведут к разности в ионосферной проводимости, а это в свою очередь - к появлению электрических токов между двумя полушариями. Но дело в том, что такие токи никто до этого не наблюдал. Исследователи предполагают, что наблюдаемая асимметрия полярных сияний вызвана именно этими факторами.

Рисунок 2. Представление общей картины и геометрии магнитосферы Земли и ориентации межпланетного магнитного поля. Межпланетное поле движется со скоростью солнечного ветра. Ось магнитного диполя Земли (показана пунктирной линией) составляет 21° с направлением на Солнце. На врезке ясно показано, что пятна северного и южного полярных сияний происходят от различных областей в магнитосфере Земли. (Изображение K. M. Laundal & N. Østgaard.)

Исследование показывает, что зная данные только по одному полушарию, невозможно предсказать картину явления в другом полушарии. Понимание этого факта важно, потому что большая часть наших знаний о полярных сияниях и процессах в верхних слоях атмосферы в полярных регионах, основывается на данных по северному полушарию.