SpaceX случайно разгадала вековую тайну: почему ночное небо вдруг светится неоновым светом

Вы наверняка видели в соцсетях фотографии странного свечения в ночном небе после запусков Falcon 9. Многие списывали это на оптическую иллюзию, отблески городских огней или даже полярные сияния не в том месте. Но оказалось, что SpaceX непреднамеренно помогла ученым разгадать загадку, над которой астрономы бились более ста лет — почему верхние слои атмосферы иногда начинают светиться сами по себе.

Что такое ночное свечение атмосферы

Еще в 1868 году шведский физик Андерс Ангстрем обратил внимание на слабое свечение ночного неба, которое невозможно было объяснить только светом звезд и рассеянным солнечным излучением. Атмосфера словно светилась сама — тускло, едва заметно, но вполне измеримо. Явление назвали «ночным свечением» (англ. airglow), и оно десятилетиями оставалось предметом споров.

Дело в том, что на высотах от 80 до 300 километров атомы кислорода, азота и других элементов находятся в возбужденном состоянии. Днем их «подзаряжает» ультрафиолет Солнца, а ночью они медленно отдают накопленную энергию в виде фотонов. Отсюда и свечение. Но вот конкретные механизмы, какие именно реакции, при каких условиях и с какой интенсивностью, оставались предметом гипотез. Особенно ученых интриговал красный компонент свечения на длине волны 630 нанометров, связанный с атомарным кислородом. Его поведение не всегда укладывалось в существующие модели.

Как запуски Falcon 9 создают «искусственные полярные сияния»

Все изменилось, когда SpaceX начала запускать ракеты с невиданной частотой — десятки пусков в год. После каждого запуска Falcon 9 вторая ступень сбрасывает оставшееся топливо на высоте около 200–300 километров. В космос выбрасываются сотни килограммов воды и углекислого газа — продуктов сгорания керосина и жидкого кислорода.

И вот тут начинается самое интересное. Эти молекулы воды сталкиваются с атомарным кислородом в ионосфере. Происходит серия химических реакций, в результате которых атомы кислорода переходят в возбужденное состояние и начинают излучать свет — тот самый красный, на 630 нм. По сути, SpaceX устроила масштабный химический эксперимент в верхней атмосфере, причем совершенно случайно.

Исследователи из Бостонского университета, которые зафиксировали эти «красные пятна» с помощью наземных камер, обнаружили свечение радиусом до 300 километров, которое длилось от нескольких минут до получаса после каждого сброса топлива. Проще говоря, каждый запуск Falcon 9 создавал в ночном небе своеобразное искусственное полярное сияние — только красного цвета и без всякого участия солнечного ветра.

Почему именно SpaceX помогла разобраться в вековой загадке

Казалось бы, ученые и без ракет знали о ночном свечении. Но вот в чем нюанс: естественное ночное свечение невероятно слабое и непредсказуемое. Изучать его — все равно что пытаться понять устройство двигателя, слушая его через стену. Вы что-то слышите, но деталей не разобрать.

Запуски SpaceX, по сути, превратились в контролируемый эксперимент. Ученые точно знали, когда и где произойдет сброс топлива, какой объем веществ попадет в ионосферу и на какой высоте. Это позволило сопоставить химический «рецепт» с результатом — яркостью, цветом и продолжительностью свечения. Впервые исследователи могли напрямую проверить теоретические модели ночного свечения на реальных данных.

Результаты подтвердили, что ключевую роль играет именно взаимодействие воды с атомарным кислородом. Молекулы H₂O разрушают озон и запускают каскад реакций, при которых атомы кислорода переходят в метастабильное состояние — именно оно отвечает за красное излучение на 630 нм. Эта модель обсуждалась десятилетиями, но убедительного экспериментального подтверждения не было. До тех пор, пока SpaceX не стала проводить «опыты» по несколько раз в месяц.

Чем это грозит астрономии и космическим исследованиям

Но это еще не все. Открытие имеет и обратную сторону. С ростом числа запусков, а SpaceX планирует довести частоту до более 150 пусков в год, рукотворное свечение может стать серьезной проблемой для наземной астрономии. Красные «пятна» засвечивают участки неба, мешая наблюдениям чувствительных телескопов, которые работают именно в красном и ближнем инфракрасном диапазоне.

Исследователи уже фиксируют, что суммарное световое загрязнение от запусков ракет выросло в несколько раз по сравнению с десятилетней давностью. И речь не только о SpaceX — китайские, индийские и европейские пуски вносят свою долю. Другими словами, чем активнее человечество осваивает космос, тем сложнее ему этот космос изучать с поверхности Земли.

Впрочем, есть и позитивный аспект. Понимание точных механизмов свечения позволяет разрабатывать алгоритмы коррекции — астрономы смогут «вычитать» рукотворное свечение из данных телескопов. Кроме того, новые модели помогут точнее предсказывать состояние ионосферы, что важно для спутниковой навигации и радиосвязи.

Что ученые планируют делать с этим знанием дальше

Теперь, когда механизм ясен, исследователи хотят пойти дальше. Группа из Бостонского университета совместно с коллегами из MIT уже предложила использовать запуски ракет как инструмент для зондирования верхней атмосферы. Идея проста: если вы точно знаете, сколько воды выброшено и какое свечение это вызвало, можно обратным расчетом определить концентрацию атомарного кислорода, температуру и плотность ионосферы на конкретной высоте.

Это дешевле, чем запускать специализированные зонды, и дает данные регулярно — фактически при каждом коммерческом запуске. Каждый Falcon 9 становится попутным научным экспериментом, причем совершенно бесплатным для ученых. Нужна лишь сеть наземных камер, настроенных на нужные длины волн.

Кроме того, результаты важны для понимания атмосфер других планет. Марс, например, тоже демонстрирует ночное свечение — его зафиксировали орбитальные аппараты. Зная земные механизмы в деталях, планетологи смогут точнее интерпретировать марсианские данные и лучше понять химию его разреженной атмосферы.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Иногда самые важные научные открытия случаются не в лабораториях, а на стартовых площадках — причем совершенно непреднамеренно. SpaceX хотела выводить спутники на орбиту, а в итоге помогла закрыть пробел в атмосферной физике, существовавший полтора столетия. Наука умеет извлекать пользу из самых неожиданных источников — и это, пожалуй, одно из лучших ее качеств.