Полярные сияния

Полярные сияния — наиболее впечатляющее геофизическое яв­ление. Они возникают в результате взаимодействия заряженных ча­стиц внеземного происхождения с частицами верхней атмосферы в магнитном поле Земли. Полярные сияния наблюдаются преимуще­ственно в высоких широтах обоих полушарий, а наиболее интенсив­ные, сопровождающие сильные магнитные бури, — также в умерен­ных и даже низких широтах. Исключительно разнообразна форма полярных сияний. Принято делить их на две большие группы.

К первой группе относят: корону (лучистое свечение вблизи маг­нитного полюса), лучи (одиночные и в виде пучков) и драпри (поло­са из длинных лучей, имеющая вид свисающего занавеса). Ко вто­рой группе относят: дуги (светящаяся полоса вдоль магнитной па­раллели, нижняя граница которой резко очерчена, а верхняя раз­мыта), полосы (подобна дуге, но не столь однородна, вдоль нее замет­ны движения) и пульсирующие поверхности (в виде светящегося об­лака, интенсивность которого колеблется с периодом в несколько секунд). Нередко наблюдаются смешанные сияния, включающие несколько форм.

Большинство полярных сияний — цветные. Преобладают, осо­бенно в дугах, зеленовато-желтый, красный (драпри и пульсирую­щие поверхности), а также голубой и фиолетовый цвета.

Интенсивность полярных сияний (превосходящая не менее чем в 3—4 раза нормальное свечение ночного неба) оценивается при визу­альных наблюдениях с помощью следующей шкалы:

I — яркость Млечного пути;

II — яркость перистых облаков, освещенных Лу­ной;

III —яркость кучевых облаков, освещенных Луной;

IV — осве­щенность земной поверхности в период полнолуния.

Сияния I и II классов — бесцветные, III и IV классов — цветные.

При инструментальных наблюдениях (с помощью электрофото­метров) определяется световой поток при λ = 0,5577 мкм (зеленый цвет). Наблюдения показали, что световой поток, порождаемый по­лярными сияниями, подвержен значительным колебаниям (пульса­циям) во времени, особенно в случае полярных сияний с лучистой структурой.

Нижняя граница обычных полярных сияний (имеющих зелено­ватый оттенок) располагается на высоте 80—150 км с максимумом повторяемости вблизи 95 и 110 км. В периоды высокой солнечной активности интенсивные полярные сияния (красноватой окраски) могут возникать на значительно больших высотах (выше 250 км). Ширина дуг — около 20 км, полос и драпри — до 80 км, а лучи мо­гут распространяться вверх до высот нескольких сотен километров.

Основным механизмом возникновения полярных сияний в на­стоящее время принято считать вторжение в атмосферу Земли про­тонов с энергией порядка 10^-17 Дж и электронов с энергией порядка 10^-15 Дж. Протоны представляют собой частицы солнечных корпу­скулярных потоков; они проникают внутрь магнитосферы Земли через нейтральные точки.

Электроны образуются в шлейфе магнитосферы. Внутренняя граница потока электронов находится над экватором на расстоянии 6—10 радиусов Земли. Под влиянием магнитного поля Земли элект­роны из всех областей движутся в сторону магнитных полюсов*. Электроны, находящиеся над экватором на расстоянии 6—10 ради­усов Земли, при смещении вдоль магнитных силовых линий оказы­ваются на высоте 200—300 км над земной поверхностью в области 66—70° геомагнитной широты, где обычно и наблюдаются наиболее часто полярные сияния.

Во время магнитных бурь магнитное поле Земли под влиянием корпускулярных потоков деформируется так, что магнитные сило­вые линии приближаются к земной поверхности. Вследствие этого электроны (а вместе с ними и полярные сияния) начинают прони­кать в умеренные широты (в ночь с 8 на 9 марта 1970 г. интенсивное полярное сияние наблюдалось на широте Москвы). Чем мощнее магнитная буря, тем меньше широта возникновения полярного сия­ния.

Ширина светящейся области составляет, как правило, около 1° широты.

В течение суток наиболее часто полярные сияния отмечаются за 1 ч до местной полуночи. При этом яркие быстро движущиеся фор­мы полярных сияний возникают чаще до этого момента, а слабые спокойные формы — преимущественно после него. В районах, рас­положенных южнее зоны полярных сияний (в северном полуша­рии), вечером они появляются в северной части неба, ночью распро­страняются все более к югу, а затем (после полуночи) снова отступа­ют к северу.

В течение года повторяемость полярных сияний максимальна в равноденственные месяцы (март, сентябрь) и минимальна вблизи летнего и зимнего солнцестояния.

Установлена связь частоты появления полярных сияний со сред­ним годовым числом солнечных пятен; при этом максимум сияний на 1—2 года запаздывает по отношению к максимуму солнечных пятен, а минимумы практически совпадают. Повторяемость полярных сияний возрастает примерно через 1 сутки после прохождения больших групп солнечных пятен через центральный меридиан Солнца.