Лента по имени Стив: как любители неба назвали свет, который наука проглядела
Холодной ясной ночью зимой 2015 года небольшая группа фотографов стояла в темноте где-то в канадской провинции Альберта, штативы утоплены в снег, в ожидании северного сияния. То, что поднялось над ними, не было северным сиянием. Вместо знакомых зеленых занавесей, колышущихся вдоль горизонта, поперек неба с востока на запад протянулась тонкая лента бледно-лилового цвета, узкая и с резкими краями, словно царапина света, прочерченная по линейке. Она не качалась так, как качается сияние. Она просто висела там, светясь лиловым, иногда обрамленная вдоль нижнего края рядом коротких зеленых полос, которые не одному наблюдателю показались частоколом, поставленным на ребро. Фотографы видели это и раньше. Они снимали это годами. И все равно понятия не имели, что это такое.
Они состояли в группе на Фейсбуке под названием Alberta Aurora Chasers, вольном сообществе любителей, которые в морозные ночи выезжали охотиться за небом. Между собой они привыкли называть странную лиловую дугу "Стивом", нарочито пустым, нарочито бессмысленным именем-заглушкой, заимствованным из мультфильма 2006 года "Лесная братва", где перепуганные звери дают незнакомому предмету безобидное человеческое имя, чтобы он перестал их пугать. Шутка прижилась. И в дисциплине, где явления носят имена вроде суббури и аврорального овала, тот факт, что безымянную вещь ночь за ночью снимали любители, а не ученые, вскоре станет самой неловкой и самой прекрасной частью всей истории.
Охотники поделились снимками с двумя людьми, которые могли бы знать: Элизабет Макдональд, ученой по космической погоде из НАСА и основательницей Aurorasaurus, проекта, созданного как раз для того, чтобы вплетать наблюдения обычных людей в настоящие исследования, и Эриком Донованом, физиком сияний из Университета Калгари. За плечами Макдональд и Донована были десятилетия опыта наблюдения за верхней атмосферой. Ни один из них не мог сказать, что такое Стив. На этом признании стоит остановиться. Двое профессионалов, чьи карьеры строились на знании ночного неба, смотрели на снимок за снимком яркой структуры, выгибающейся дугой над населенными городами, и вынуждены были признать, что видят нечто, чего нет в литературе.
Донован понимал, что ответ не придет из одних лишь фотографий. Требовалось совпадение: спутник, проходящий точно сквозь ленту в тот самый миг, когда камера на земле ловит ее. У Европейского космического агентства как раз оказались нужные приборы на орбите, тройка спутников под названием Swarm, созданная для измерения магнитного и электрического полей Земли. Когда Донован сопоставил наземное наблюдение Стива с пролетом Swarm, вернувшиеся цифры поразили. На высоте, где светился Стив, примерно 450 километров вверх, спутник пролетел сквозь ленту газа шириной около 25 километров, где температура подскакивала примерно до 3000 градусов Цельсия и где заряженные частицы неслись на запад со скоростью около шести километров в секунду, в тысячи раз быстрее воздуха по обе стороны.
Это измерение дало временному имени постоянный дом. В статье 2018 года, опубликованной в Science Advances, первом рецензируемом исследовании явления, команда сохранила выбранное охотниками имя, но задним числом превратила его в аббревиатуру, достойную журнала: Strong Thermal Emission Velocity Enhancement, сильное усиление скорости теплового излучения. Стив стал STEVE. Это был великодушный жест, редкий случай, когда профессиональная наука склоняется перед любителями, увидевшими первыми. Но аббревиатура тихо зафиксировала и то, что ученые узнали, и, что показательнее, то, чего они все еще не знали.
Путь от альбома на Фейсбуке до научного журнала был каким угодно, только не гладким, и стоит задержаться на том, насколько невероятной была вся цепочка событий. Спутник, пересекающий точную ширину ленты в точную секунду, когда открыт затвор фотографа, невозможно запланировать; это выигрыш в лотерею, которого Доновану просто пришлось дожидаться. Aurorasaurus тем временем стал соединительной тканью открытия, площадкой, где обычные люди могли фиксировать увиденное и где ученые могли вылавливать редкие совпадения, превращающие анекдот в доказательство. В последующие годы хлынули сотни наблюдений, каждое из которых было маленьким подтверждением того, что Стив не причуда одной камеры или одной ночи, а повторяющаяся, воспроизводимая черта субаврорального неба, которую просто никогда не записывали.
Ибо именно здесь стройная история открытия начинает расползаться. Лента горячего быстрого газа, измеренная Swarm, хорошо известна физикам под другим именем: субавроральный ионный дрейф, или SAID, иногда описываемый в рамках более широкого семейства субавроральных поляризационных потоков. Эти быстрые западные потоки горячей плазмы изучались десятилетиями. Чего никто и никогда с ними не связывал, так это видимого света. SAID должен был быть невидимым, рекой энергии, которую можно засечь приборами, но никогда не увидеть глазом. Стив доказал ошибочность этого допущения. И в этом суть загадки, которая жива и поныне, спустя годы после того, как имя стало официальным: мы знаем, где живет Стив, и знаем, что он едет на субавроральном ионном дрейфе, но не понимаем до конца, как этот дрейф вообще порождает свет.
Чтобы понять, почему это так тревожит, надо понять, что такое обычное сияние на самом деле. Северное сияние светится потому, что заряженные частицы из космоса проливаются вниз вдоль линий магнитного поля и врезаются в кислород и азот высоко в атмосфере, возбуждая эти атомы, пока те не высвобождают свет. Этот ливень частиц называется высыпанием, и это двигатель всякого классического сияния. Когда исследователи внимательно вгляделись в Стива, они обнаружили, что двигатель отсутствует. В лиловую ленту не падало сколько-нибудь значимого высыпания электронов. Что бы ее ни зажигало, это не был механизм, зажигающий сияние. Поэтому ученые теперь прямо говорят, что Стив вообще не сияние, даже если он появляется рядом с сиянием и выглядит для неискушенного глаза как его родич. Это нечто иное, свечение, порожденное жаром и трением в быстро движущемся потоке, а не частицами, падающими сверху.
Зеленый частокол еще больше запутывает картину. Когда спектрограф Transition Region Explorer в Канаде наконец поймал свет Стива и разложил его в спектр в 2019 году, оказалось, что у лиловой ленты нет ни одной чистой сигнатуры, ни одной яркой линии излучения, а есть широкий мазок цвета, намекающий на нагрев, а не на дискретные атомные отпечатки, какие оставляет сияние. Зеленые полосы рядом рассказали иную историю. Их свет определялся излучением кислорода на 557,7 нанометра, тем самым зеленым, что производят обычные сияния, а это позволяет предположить, что частокол и лиловая лента, возможно, зажигаются двумя разными процессами, стоящими бок о бок. Одна теория, выдвинутая исследователями, изучавшими тот спектр, гласит, что электрические поля, выровненные с магнитным, могут разгонять электроны локально, там внизу, где формируется частокол, позволяя им бить по атмосфере и светиться без того, чтобы частицам приходилось падать из космоса. Это правдоподобная мысль. Но не решенная.
Есть еще одна складка, которая держит специалистов в честности. Стив склонен появляться на более низких широтах, чем классическое сияние, ближе к тем местам, где на самом деле живет большинство людей, что должно было облегчить, а не затруднить его замечание. То, что он так долго оставался незамеченным, говорит нечто неуютное о том, как много неба мы разглядываем, по-настоящему не видя. Это поднимает и более тихий вопрос о границе между двумя свечениями. Если Стив и обычное сияние так часто делят одну и ту же ночь, движимые одним и тем же великим возмущением в околоземном пространстве, то где именно кончается одно явление и начинается другое, и сколько старых сообщений о сиянии тихо вплели наблюдение Стива в летопись, а разницы так никто и не заметил?
Так с чем же мы в итоге остались? С явлением, которое годами скрывалось на обычных фотографиях, мимо которого профессиональная наука проходила, пока любители не навязали вопрос, которое теперь носит официальную аббревиатуру, измеренную высоту и температуру, и которое все еще нельзя объяснить из первых принципов. Приходится задуматься, сколько людей за десятилетия видели эту лиловую черту в небе, сочли ее странной полосой сияния и никогда никому о ней не сказали. Старая литература о сияниях содержит разбросанные упоминания о "лиловых дугах" и необъяснимых лиловых полосах, уходящие на многие годы назад, призраки Стива, которые были записаны и забыты, потому что ни у кого не было рамки, чтобы их удержать. Вполне возможно, что Стив появлялся над головами людей столько же, сколько существуют головы, над которыми появляться, и лишь приход дешевых чувствительных камер и социальной сети для сбора снимков сделал его наконец неоспоримым.
Приходится задуматься и о том, что присвоение имени Стиву говорит о слепых пятнах экспертизы. У охотников не было дипломов. У них не было ни теории, ни финансирования, ни приборов, кроме камер и терпения. У них были тысячи часов наблюдения и готовность вслух сказать, что нечто не сходится. У профессионалов была физика, но не глаза. Именно столкновение этих двух, любителей, которые видели, и ученых, которые измеряли, превратило внутреннюю шутку из Фейсбука в строку научной летописи. Если бы Стив ждал, пока физик заметит его сам, он мог бы ждать до сих пор.
Остаются более глубокие загадки, которые даже специалисты формулируют осторожно. Почему субавроральный ионный дрейф, присутствующий во многие ночи, лишь иногда вспыхивает видимой лентой? Что именно заставляет лиловый континуум светиться, если не падающие частицы? Почему частокол иногда появляется до Стива, иногда после того, как он гаснет, а иногда вовсе нет? Каждый из этих вопросов открыт, и каждый намекает, что ярлык "разгадано" сидит на этом явлении неловко. Мы дали Стиву имя, определили его положение и замерили скорость, и это подлинное, тяжело добытое достижение. Но действительно ли мы его объяснили, вопрос иной, и честные исследователи не притворяются иначе.
Быть может, это и есть самое человеческое во всей истории. Стив напоминает, что открытие не всегда означает путешествие к дальним краям Солнечной системы или постройку самой большой машины из когда-либо созданных. Иногда оно означает стоять в заснеженном поле, смотреть вверх на свет, мимо которого проехали все остальные, и иметь смелость спросить, что это такое. Небо над Альбертой устраивало это представление очень долго. Ему просто нужен был кто-то достаточно упрямый, чтобы продолжать смотреть, и достаточно честный, когда пришли эксперты, чтобы признать, что ответа пока никто не знает. Стив, чем бы он в итоге ни оказался, все еще там, наверху, в большинство ясных ночей, светясь своим терпеливым лиловым, в ожидании, пока остальное объяснение догонит его имя.