Охота за полярным сиянием: слабые суббури

Не первый год занимаюсь фотографией в жанре ночной пейзаж, живу в Санкт-Петербурге. В темноте все выглядит более таинственно и необычно, часто на моих фотографиях можно встретить северные сияния, не смотря на то, что съемки бывают круглый год, и зимой, и летом. Многим становится интересно, каким образом фотографии из Ленинградской области пестрят яркими небесными огнями, многие думают, что я рисую их сама, многие считают, что умею пользоваться фотошопом, одно другому конечно никак не мешает, но больше всего мне хочется поделиться отличным хобби, в котором сочетается куча разных умений.

Статья подойдет для романтиков, тех, кто любит ночное небо, звезды, тишину и азарт. Для тех, кто не готов стоять в сугробе неделю, ожидая небесного света или жить на краю земли, кто хочет взять ситуацию под контроль и в полной мере насладиться, пожалуй, самым красивым природным явлением. Ловить северное сияние подобным образом можно на северных широтах от 58 до 72, на европейской территории земного шара.

Прогнозирование полярного сияния

Так, как большая часть северного сияния, снимаемая на европейской территории на широтах от 50 до 65 находится на горизонте, то почти все программы для прогнозирования не в состоянии дать адекватный прогноз на видимость или невидимость небольших суббурь, случающихся чаще всего. Научиться самостоятельно строить прогнозы поможет небольшая статистика, любое приложение или сайт ее отображающий и небольшие тренировки дома за компьютером. Перед тем как выбегать на улицу в одних тапочках, предлагаю научиться делать хорошие прогнозы.

Долгосрочное прогнозирование (1-4 дня)

Начнем с самого простого — прогнозирование северного сияния. Не секрет, что существует большое количество программ, дающих прогнозы, но самые точные прогнозы — свои собственные, сделать наиболее точный прогноз можно на основании фотографий солнца, сделанных в разных спектрах.

Выбросы электронов и протонов, провоцирующих свечения на нашей планете происходят в результате появления солнечных вспышек, а так же корональных дыр, плазма устремляется через них во все стороны и вызывает свечения имеющийся атмосферы на всех планетах с достаточно сильным магнитным полем, нам повезло жить на планете с сильным магнитным полем и богатой атмосферой. Сам процесс возникновения свечения достаточно простой, о нем много написано, большая часть сияний является результатом суббурь, так как настоящие геомагнитные бури случаются очень редко и есть шанс их не дождаться.

По оценкам ученых, на сегодняшний момент мы с вами благополучно пережили солнечный минимум и постепенно идем к солнечному максимуму 2025 года. В годы минимальной активности, вспышек на солнце мало и наша надежда — потоки плазмы, появляющиеся в результате возникновения корональных дыр на Солнце.

Видео огромной корональной дыры от Nasa, 11 июля 2016 года (темная область):

Чем больше дыра, тем больше плазмы и солнечного ветра высвобождается в результате выброса. Оценив существующие отверстия в солнечной короне, находящиеся на левой(восточной) стороне солнечного снимка и наличие солнечных пятен, приближенных к солнечному экватору, мы можем понять, на какую активность нам рассчитывать в ближайшие дни. Солнце, при наблюдении за ним с нашей планеты, вращается вокруг своей оси примерно 27 дней, но это не точно. Более быстро вращение происходит в его экваториальной части и более медленно близ полюсов, половину этого времени мы имеем возможность наблюдать за достаточно динамичными изменениями, появлениями и исчезновениями корональных дыр и пятен. На основании текущей информации создаются прогнозы солнечной активности на 27 и более дней, доверять таким прогнозам не стоит, как и не стоит заранее планировать поездки, если нет никакой уверенности в том, что солнечная дыра продержится в раскрытом состоянии еще 27 дней. Если дыры и пятна есть и они находятся в экваторе, имеют хорошие размеры, нам повезло, можно переходить к прогнозированию погоды и к краткосрочному прогнозированию северного сияния, используя данные со спутников.

Расстояние между Солнцем и Землей — 149 600 000 км. Поток солнечного ветра при корональном выбросе в среднем имеет скорость от 300 до 500 км в секунду. Таким образом можно подсчитать примерное время прибытия потока на Землю.

Расстояние от Земли до Солнца / секунды / минуты / часы / скорость солнечного ветра

= 149 600 000 / 60 / 60 / 24 / 300

• Медленный солнечный ветер (до 600 километров в секунду) принесет корональную массу примерно через три дня.
• Быстрый солнечный ветер — HSS (от 600 километров в секунду) доставит корональную массу примерно через два дня.

Краткосрочное прогнозирование (до 3 часов)

Ранее мы выяснили, что в результате активности происходят выбросы солнечной массы и происходит усиление солнечного ветра. Северные сияния возникают как при низкой плотности протонов, так и при медленном ветре, большинство автоматических программ дают оценку исходя из совокупности всех параметров, игнорируя нестандартные для них ситуации. Так что краткосрочный прогноз, также ложится на наши плечи и именно глядя на эти параметры мы будем решать, стоит ли выходить из машины или можно еще погреться в тепле.

Мы открываем Aurora Hunters Bot в телеграме , где отображаются данные со спутника DSCOVR, находящегося в точке Лагранжа L1, около 1 500 000 километров от Земли и передающих на землю данные о плотности протонов, скорости солнечного ветра, в километрах в секунду, данные о состоянии магнитосферы Земли (а именно о его параметре «Bz») в режиме реального времени.

Расположение компонеты(Bz):

Скорость солнечного ветра:

Плотность потока:

Напряженность магнитного поля:

На графиках отображены ключевые параметры за три часа по универсальному времени, самый правый параметр сообщает о том, какие данные собрал спутник прямо сейчас, но вспоминая, что спутник находится в 1.5 миллионах километров от Земли, а солнечный ветер имеет определенную скорость, а северные сияния возникают близко к земле, всего от 80 до 700 километров над землей, получается что у нас есть некий запас времени, какой именно — зависит от скорости солнечного ветра. Для подсчета нужно разделить расстояние от спутников в точке L1, на среднюю скорость солнечного ветра за последние полчаса и привести время в часы:

• При слабом солнечном ветре (300 км в секунду) время в пути составит примерно 1ч. 20 минут = 1 500 000 / 60 / 60 / 300
• При быстром солнечном ветре (700 км в секунду) время в пути составит примерно 30 минут = 1 500 000 / 60 / 60 / 700

На графиках имеется зеленая полоса для удобства — показатель прибытия выброса массы на Землю, ее положение зависит от скорости ветра и времени, если скорость ветра быстро меняется, она перемещается ближе к текущему времени(в правую сторону), а если поток медленный — перестраивается в левую сторону. По местоположению зеленой черты(отметки времени прибытия солнечного ветра на Землю) можно определить примерное время всплеска магнитной суббури и появления сияния, если любой из параметров долго находится в красной зоне, это означает скорый возможный всплеск, подобных всплесков может быть несколько подряд с разной амплитудой.

Примерные параметры, при которых возможно появление северного сияния:

• Скорость ветра и плотность потока находятся в желтой или оранжевой зоне, Bz находится в оранжевой зоне на достаточно продолжительное время (около 30 минут)
• Скорость ветра или плотность потока находятся кратковременно в оранжевой и красной зонах, Bz находится в оранжевой зоне на не очень продолжительное время (около 20 минут)
• Плотность находится в бордовой зоне кратковременно(около 10 минут), скорость ветра в зеленой или оранжевой зоне, Bz — в желтой-оранжевой зоне кратковременно

Всплески бурь и суббурь измеряются магнитометрами и им назначается K-индекс, имеющий шкалу от 0 до 9. Напомню, что на широтах 59-65, можно охотиться на суббури с индексом от 4, такие бури вызывают полярные сияния в зените(над головой) на широтах около 68 (Мурманск, Тромсё), более слабые видны в зените на только на 78-80 широтах (Шпицберген). Тоже самое северное сияние, которое сияет над головой у жителей Кольского полуострова, видно в Архангельске, Петрозаводске, Санкт-Петербурге, Хельсинки, северной Германии, северной Великобритании, но только на северном горизонте, а не над головой. При возмущениях с индексом 6-7 северные сияния будет видно жителям Твери и Москвы, в центральной части России.

Для Санкт-Петербурга наглядный пример таков, при возмущениях ниже индекса 4, нижняя граница яркой дуги уходит за горизонт (красную линию), а розовые лучики теряются в засветках и непрозрачном воздухе.

Пока писалась статья, как раз прошла одна небольшая суббуря, обратите внимание, какие параметры солнечного ветра, плотности протонного потока и магнитного поля были пойманы спутниками, какой удар поймали магнитометры Тромсё. Аналогичный, легкий всплеск суббури находится на заглавной фотографии к данной статье.

Если все правильно получилось определить — вы поймали северное сияние за хвостики, находящиеся высоко над землей! Если непонятно, был ли какой-то всплеск или нет, рекомендую снова зайти на сайт auroralights.ru и проверить назначен ли K-индекс для текущих возмущений, а еще работу магнитометров в тех регионах, где северное сияние в зените , Соданкюля(Финляндия), Тромсё(Норвегия). Если графики разошлись до значений примерно 0,75 и выше — значит северное сияние можно было наблюдать в умеренно-северных широтах(58-65) на горизонте со стороны севера. Обычно перед большими всплесками можно увидеть «дрожание магнитов» со слабой амплитудой.

Данные с магнитометров обсерватории в городе Тромсё, Норвегия:

Так же свои догадки можно проверить на том же сайте просматривая вебкамеры и онлайн трансляциях на ютубе.

Прогнозирование облачности

Часто люди говорят — если будет морозная ночь, то появится северное сияние, но мороз — это не причина, а следствие ясного неба в холодные времена года, так как земля не укрыта облачностью теплый воздух поднимается выше и становится прохладно. Само по себе полярное сияние, при должной магнитной активности, есть и днем, и ночью, и с тучами, и без туч, но нам нужно конечно или небо без туч или высокая отметка, выше облачности, например — гора.

Для прогнозирования облачности чаще всего используется программы наподобие Windy или Ventusky, программы доступны для смартфонов и десктопов, удобно дома составить примерный маршрут и затем отслеживать действительную облачность на месте съемки.

Вам требуется оранжевая область ясного неба — «Окно», достаточно большого размера, около 100 километров в диаметре, примерно к полуночи, с 22 до 01 часа, раньше этого времени обычно слишком светло, позже этого времени уже спать хочется, а не охотиться.

Кроме этих программ, хочется отметить возможность слежения за погодой с помощью информации со спутников в режиме реального времени:
Телеграм бот Animated Weather: https://t.me/weather_gif_bot

Выбор места съемки

Проверив прогноз погоды нужно решить куда вы хотите отправиться. Совершенно точно одно, место должно быть максимально открытым на север, не иметь препятствий в виде леса и высоких холмов.

Всегда красиво провести ночь на озере или попробовать поснимать достопримечательность с необычным природным явлением, могу предложить для вас свою карту мест наблюдений за северным сиянием.

Проверьте, что вы успеваете доехать до места с небольшим запасом до времени всплеска, чтоб подготовиться к просмотру, выпить теплого чая, установить фототехнику, если появится желание сфотографироваться с небесным явлением, отъезжая очень далеко — всегда помните, что еще потребуются силы на обратную дорогу.

Как определить где север?

Можно определить по звездам, по карте в навигаторе или по обычному, магнитному компасу.

Даже если вы не найдете полярной звезды — не расстраивайтесь, север где-то совсем рядом с большой медведицей — большим ковшом, большая медведица как раз, условно «вращается вокруг полярной звезды», как и все остальные звезды.

Съемка ночного неба, фокусировка в темноте

Для съемки ночного неба и северного сияния на фотоаппараты со сменной оптикой зеркальных или без зеркальных систем, вам потребуются объективы — широкоугольный или fisheye от 16mm до 8mm, при достаточно сильных возмущениях, при слабых — от 35 до 50mm. Желательно с диафрагмой от 2.8, но чем более светосильные — тем лучше. Штатив, запас батарей и свободного места на картах памяти, фонарик.

Если есть луна или фонари вдалеке — можно автоматически сфокусироваться на них, если никаких источников света рядом нет можно сфокусироваться на звездах в мануальном режиме фокусировки.

Для фокусировки в темноте, если вдали нет никаких источников света:

Если на объективе есть отметки с положением фокуса на бесконечности: отключите автоматический режим фокусировки, если он имеется и включен, выставляйте фокус на бесконечность, сделайте контрольные снимки.

Если нет отметки на объективе: включите видоискатель реального времени(вывод изображения на экран фотоаппарата), выставьте в настройках максимальную чувствительность датчика(ISO), самую большую выдержку из доступных в настройках, попытайтесь найти в экране самую яркую звезду на небосводе, поймав — максимально увеличьте на дисплее область со звездой и постарайтесь руками сфокусироваться на звездочке.

Если все не помогло — отправьте друга, с которым вы поехали, подальше от вас, пусть светит в вас фонариком, а вы пробуйте поймать фокусировку на бесконечность, прицелившись на фонарик.

После всех фокусов — обязательно еще раз проверьте, изображения, приблизив и детально рассмотрев звезды, будет обидно, если фото окажутся испорченными.

Настройки фотоаппарата для съемки северного сияния и звездного неба

1. Максимальное открытие диафрагмы, для съемки лучше всего подходят объективы с диафрагмой от 2.8 и больше, но возможно снять и на те, которые имеют диафрагму 4 и 5.6, для этого нужно поработать с настройками чувствительности матрицы фотоаппарата(ISO)
2. Высокое значение ISO, чувствительности датчика фотоаппарата, при луне или других источниках света понижайте ISO до 400 — 800, без луны и освещения повышайте до 1600-3200.
3. Время выдержки: 2–3 секунды при очень ярком северном сиянии, от 6 до 10 секунд при умеренном и 15–20 секунд при слабо различимой активности.

Чем дольше вы экспонируете небо, чем дольше установлена выдержка, тем больше северное сияние будет напоминать размазню, однако при слишком короткой выдержке, северное сияние может быть невидно на снимках. По этой причине необходимо подбирать оптимальные параметры подходящие для вашей камеры и объективов.

Чем больше фокусное расстояние вашей линзы, тем больше размажутся звезды, так как планета вращается и звезды смещаются, примерная ось вращения — как раз полярная звезда.

Провести эксперименты можно в любую ясную ночь, вне зависимости от того, есть северные сияния в этот день или нет.

Часто передний план снимается отдельно от неба, с минимальным значением ISO, это убирает зернистость или шумы, с максимальной выдержкой, длительная выдержка делает пейзаж более светлым, а затем небо и пейзаж перед ним склеивается в графических редакторах.

Советы, если вы снимаете на морозе

При съемках на севере и на морозе — рекомендую завернуть фотоаппарат и объектив в химические грелки для рук, продаются в спортивных магазинах. Положить такие же в карманы, чтоб не отмерзали аккумуляторы у фотоаппарата и телефона, чтоб объектив не покрывался инеем. Еще есть химические стельки для ног, чтоб не замерзли ноги. Не забудьте термос с горячим чаем, он поможет согреться, но пить его лучше вдали от фото-техники.

Как сфотографировать человека на звездном фоне

Если вы хотите сфотографировать человека на фоне звездного неба или северного сияния — поставьте в кадр человека, фокусируйтесь на нём, подсветив, выключите подcветку, начните снимать, пока идет съемка бегло, несколько раз проведите по человеку не очень сильным светом фонарика, лучше — фонариком телефона с теплой температурой света, чтоб не ослепить. Человек не должен моргать во время подсветки, и не должен шевелиться во время всей съемки.