|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Полярные сияния | Полярные сияния (далее П), свечение верхних разреженных слоев атмосферы, вызванное взаимодействием и молекул на высотах 90-1000 км с заряженными частицами больших энергий (электронами и протонами), вторгающимися в земную атмосферу из космоса. Соударения частиц с составляющими верхней атмосферы ( и приводят к возбуждению последних, т. е. к переходу в состояние с более высокой энергией. Возврат в начальное, равновесное состояние происходит путем излучения квантов света характерных длин волн, т. е. П
Упоминания о П можно найти еще в классической греческой и римской литературе. М. В. Ломоносов первый предположил электрическую природу свечения. Первые карты изохазм (линий равной частоты появления П), указывающие на существование областей на поверхности Земли, где П появляются наиболее часто, были составлены в 1860-73 Э. Лумисом (США) и Г. Фрицем (Австрия) для Северного полушария и в 1939 Ф. Уайтом и М. Геддесом (Новая Зеландия) - для Южного. Изохазмы в каждом полушарии представляют собой несколько деформированные концентрические окружности с центрами вблизи геомагнитных полюсов. Зона П располагается на 23° от полюсов. Наблюдения последнего десятилетия показали, что свечение обычно появляется вдоль овала П (Я. И. Фельдштейн, О. В. Хорошева, 1960-1963), центр которого (рис. 1) смещен на 3° от полюса вдоль полуночного меридиана. Радиус овала около 20°, так что около полуночи овал совпадает с зоной П, а в остальные часы располагается в более высоких широтах.
В конце 19 - начале 20 вв. норвежские ученые К. Биркеланн и К. Стермер высказали и развили идеи о солнечном происхождении частиц, вызывающих П Последующие исследования показали, что как частота появления, так и интенсивность П, особенно в средних широтах, явно коррелируют с активностью Солнца. П имеют удивительно разнообразные формы сияний и ситуаций. Однако каждую мгновенную ситуацию можно рассматривать как состоящую из различных накладывающихся друг на друга элементарных форм сияний, которые в первом приближении можно подразделить на: однородные дуги и полосы (рис. 2, а, б), тянущиеся через весь небосвод в виде прямой или изогнутой линии; лучистые формы со значительной вертикальной протяженностью (рис. 2, б, в, г); диффузные и неправильные пятна (рис. 2, д); большие однородные диффузные поверхности. Пространственно П во многих случаях располагаются вдоль геомагнитных силовых линий. Средняя толщина лучистых форм ~ 200 м и уменьшается с увеличением яркости.
Исследование спектра П было начато А. Ангстремом в 1869. В 1924 Дж. Мак-Леннан и Г. Шрам (Великобритания) показали, что зеленая линия с длиной волны l = 5577  излучается образует также линии красного дублета 6300-6364  на высоте 200-400 км (сияния типа А). Состояния, соответствующие этим излучениям, являются метастабильными, и время жизни возбужденных 0,74 и 110 сек. Начиная с 50-х гг. 20 в. спектр П исследовался в инфракрасной и ультрафиолетовой областях. Помимо линий, спектр П состоит из систем полос нейтрального и ионизованного молекулярного и Излучение с l = 3914  ионизованного наряду с l = 5577  является самым ярким в видимой части спектра от 3800 до 7000  . Поскольку максимальная спектральная чувствительность человеческого глаза приходится на l ~ 5550  , то П кажутся нам в большинстве случаев бледно-зелеными. Некоторые П характеризуются пурпурно-красной границей вследствие излучения полос нейтрального молекулярного П с развитыми системами молекулярных полос относятся к типу В.
Вторжения протонов с энергиями 10-100 кэв приводят к появлению в спектре П линий Бальмера серии (Л. Вегард, Норвегия, 1939; А. Б. Мейнел, США, 1950). Наиболее интенсивна линия Нa с l = 6563  . линии отличаются от других тем, что они существенно расширены и при наблюдениях в направлении зенита оказываются смещенными в область более коротких волн. Это доплеровское смещение (см. Доплера эффект) линий было первым доказательством того, что излучение П, хотя бы частично, обусловлено вхождением в земную атмосферу потоков заряженных частиц. Свечение, связанное с протонами, имеет вид протяженной в несколько сот км по широте и несколько тысяч по долготе слабой полосы. В П иногда наблюдаются спектральные линии
Спектр П меняется с широтой. В средних широтах обычно преобладают красные сияния типа А, на широтах зоны П - сияния типа В, а в полярной шапке - сияния типа А. В приполюсной области после интенсивных вспышек на Солнце возникает равномерное "свечение полярной шапки" с l = 3914  , которое обусловлено непосредственным вхождением солнечных протонов с энергией 1-100 Мэв, проникающих до высот 20-100 км. Интенсивность П измеряется в т. н. международных коэффициентах яркости () или в баллах. Установлено 4 балла, отличающихся по яркости на порядок: П балла равно яркости Млечного Пути и соответствует излучению 102 квантов/см2×сек с l = 5577  , или 1 крэлею, а - полной Луне, т. е. излучает 1012 квантов/см2×сек с l = 5577  , т. е. 1000 крэлеев.
Вторжение в атмосферу частиц, вызывающих П, есть результат сложного взаимодействия солнечного ветра с геомагнитным полем. Под действием солнечного ветра становится асимметричной, вытягиваясь в антисолнечном направлении (рис. 3). П на ночной стороне Земли связаны с процессами в плазменном слое Во время бурь внутри на расстоянии 3-5 радиусов Земли образуется кольцевой ток протонов. поле этого тока деформирует силовые линии и П наблюдаются значительно ближе к экватору, чем район их обычного существования. На дневной стороне Земли плазма солнечного ветра достигает верхних слоев атмосферы через воронку, образованную расходящимися силовыми линиями (дневной касп). Последовательность форм П и их движений находится в тесной связи со специфическими явлениями, происходящими в - суббурями, во время которых приходит в неустойчивое состояние. Возвращение в состояние с меньшей энергией носит взрывной характер и сопровождается высвобождением за 1 ч энергии ~ 1022 эрг, что вызывает свечение атмосферы - т. н. авроральную суббурю.
При взаимодействии быстрых электронов с и молекулами атмосферы образуются рентгеновские лучи как тормозное излучение электронов. Тормозное излучение гораздо более проникающее, чем частицы, поэтому оно достигает высот 30-40 км. П испускают инфразвуковые волны с периодами от 10 до 100 сек, которые сопровождаются колебаниями атмосферного давления с амплитудой от 1 до 10 дин/см2.
Изучение П имеет два существенно различных аспекта. Во-первых, оптическое излучение, являясь одним из конечных результатов процессов в пространстве между Землей и Солнцем, может служить источником информации о процессах в околоземном космическом пространстве, в частности для диагностики Во-вторых, по данным об оптическом излучении можно судить о воздействии первичного потока частиц на ионосферу. Такие исследования необходимы в связи с проблемой распространения радиоволн и др. явлениями в радиодиапазоне (появлением спорадических слоев Е, рассеянием радиоволн, возникновением ОНЧ-излучения (см. Радиоволны) и радиошумов). Наблюдения П с использованием телевизионной техники позволили установить сопряженность П в двух полушариях, исследовать быстрые изменения и тонкую структуру П Не все проблемы, связанные с П, могут быть решены наземными средствами или наблюдениями естественных П Появление спутников и ракет позволило проводить изучение П в тесной связи с исследованиями околоземного космического пространства и ставить прямые эксперименты во внешней атмосфере Земли и межпланетном пространстве. Так, США в 1969, СССР в 1973 и СССР совместно с в 1975 провели эксперименты по созданию искусственных П, во время которых с ракеты на высоте в несколько сот км инжектировался в атмосферу пучок электронов высоких энергий. Проведение контролируемых экспериментов совместно с наземными наблюдениями открывает новые пути в исследовании П и процессов в верхней атмосфере. В 1971-1972 измерения интенсивности отдельных эмиссий и фотографирование П начато из космоса со спутников на полярных орбитах, что позволяет получать распределение свечения во всей области высоких широт за несколько минут.
Лит.: Исаев С. И., Путков Н. В., П, М., 1958; Красовский В. И., Некоторые результаты исследований полярных сияний и излучения ночного неба во время МГГ и МГС, "Успехи физических наук", 1961, т. 75, в. 3; Чемберлен Дж., Физика полярных сияний и излучения атмосферы, пер. с англ., М., 1963; Акасофу С. И,, Полярные и суббури, пер. с англ., М., 19712 Исаев С. И., Пудовкин М. И., П и процессы в Л., 1972; Омхольт А., П, пер. с англ., М., 1974; Stőrmer С., The polar aurora, Oxf., 1955; International Auroral atlas, Edinburgh, 1963.
Я. И. Фельдштейн.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
