C I века н. э. ученые и философы замечали «яркие ночи», когда необъяснимое свечение в небе позволяет увидеть далекие горы, прочесть газету или посмотреть время на часах.

Новое исследование использовало спутниковую информацию, чтобы объяснить эти загадочные исторические феномены. Авторы предполагают, что когда волны в верхней атмосфере сходятся над особыми точками Земли, возрастает естественное свечение атмосферы — тусклый свет в ночном небе, который часто кажется зеленым из-за активности атомов кислорода в высоких слоях. Обычно люди его не замечают, но в яркие ночи он становится видимым невооруженным глазом, производя необъяснимый свет, подробно описанный в исторических наблюдениях.

Сейчас редко когда можно увидеть яркие ночи из-за светового загрязнения. Но ученые доказали, что это явление все-таки можно отследить, и в удаленных от городов регионов свечение атмосферы все еще заметно.

«Яркие ночи существуют, это часть изменчивости свечения атмосферы, которую можно наблюдать со спутника», — говорит Гордон Шеперд, специалист по аэрономии из Йоркского университета (Канада).

Исторические упоминания об ярких ночах уходят далеко в прошлое. Плиний Старший описывал яркие ночи так: «Феномен часто называют „ночным солнцем“, например, свет, исходящий с неба ночью видели во время консульства Гая Цецилия и Гнея Папириуса (~ 113 до н. э.) и еще много раз ночь становилась днем». Европейские газеты также писали о таких событиях в 1783, 1908 и 1916 годах.

Современных наблюдений ярких ночей на Земле практически нет. Но даже до искусственного освещения яркие ночи были редки и очень локализованы.

Шеперд знал об исторических наблюдениях и сам видел яркие ночные события благодаря интерферометру с формированием ветровых изображений (WINDII) на борту Верхнеатмосферного исследовательского спутника НАСА (1991–2005 годы), но не мог объяснить, почему феномен происходит. Он и его соавтор Янгмин Чо искали механизмы, которые заставляют свечение атмосферы увеличиваться до видимого уровня в некоторых точках планеты.

Свечение атмосферы образуется за счет появления световых лучей различных цветов из-за химических реакций в верхних слоях атмосферы. Зеленая часть свечения атмосферы происходит, когда свет от Солнца разделяет молекулярный кислород на отдельные атомы. Когда атомы сходятся вновь, они отдают излишек энергии в качестве фотонов в зеленой части видимого светового спектра, придавая небу зеленоватый оттенок.

Чтобы найти причины, которые способствуют повышению свечения атмосферы и создают яркие ночи, исследователи два года изучали данные WINDII в поисках необычных свечений, исключая метеоры и полярные сияния. Они идентифицировали 11 событий, где WINDII выявил подъем уровня свечения. Ученые сопоставили эти случаи с подъемами и спадами зональных волн — огромных волн в верхней атмосфере, которые опоясывают земной шар и подвержены влиянию погоды. Когда пики некоторых волн выравниваются, они производят «яркие ночи». Эти события были в 4–10 раз ярче обычного свечения атмосферы и, возможно, производили все яркие ночи за всю историю.

Исследователи считают, что в определенном месте видимые яркие ночи происходят только раз в год. Шеперд говорит, что яркая ночь случается где-то на Земле, на разных долготах, в примерно в 7 % ночей. Шеперд подозревает, что ученые могли бы прогнозировать их, если бы постоянно мониторили волны. Так можно было бы подсчитать, когда их пики выравниваются.

Следующая задача для ученых — воспроизвести схождение этих волн в одной точке путем моделирования.