Содержание
История изучения полярного сияния
Почему происходят полярные сияния
Магнитные бури
Полярные сияния издавна притекали внимание человека. Причудливые полосы, или дуги, переливающиеся всеми цветами радуги, пурпурно-красные пятна и подвижные изумрудно-зеленые лучи, загорающиеся в ночном небе, поражали воображение, вызывали панический ужас.
История изучения полярного сияния
Не находя естественного объяснения этому необычному явлению, люди долго считали, что здесь действуют какие-то таинственные злые силы, предвещающие народное бедствие — войну, эпидемию, голод.
Только успехи науки позволили в значительной раскрыть тайну этого загадочного явления и установить связанные с ним закономерности. Теперь известно, что полярные сияния не что иное, как своеобразное свечение разреженных газов, возникающее преимущественно в северных и южных полярных областях земною шара.
Существуют две зоны, где эти явления наиболее интенсивны и продолжительны. Каждая из них представляет сравнительно узкую полосу, центр которой совпадает с Северным или Южным геомагнитным полюсом Земли.
В Северном полушарии зона полярных сияний проходит несколько выше Мурманска, через Новую Землю, южнее мыса Челюскина, через остров Врангеля, по северной части Аляски, Канады и южной оконечности Гренландии. Чем дальше на юг, тем меньше среднее годовое число сияний, интенсивность их все более ослабевает, а на широте примерно 40 — 45° они наблюдаются раз в 10 – 11 лет.
Фотографируя сияние одновременно из двух пунктов, отстоящих друг от друга на несколько десятков километров, можно определить его высоту с точностью до одного километра.
Оказывается, что чаше всего нижний край сияния наблюдается на высоте 95 — 110 километров от Земли, а верхние концы отдельных лучей достигают иногда 1000 — 1100 км.
Почему происходят полярные сияния
Отчего же происходят полярные сияния и какова их природа? Систематические наблюдения над этим интересным явлением показали, что наиболее интенсивно полярные сияния возникают в тот период, когда солнечная активность достигает максимума.
Как известно, каждые 11 лет на Солнце наблюдается увеличение числа пятен, факелов, протуберанцев, учащаются хромосферные вспышки. Появление сияния примерно спустя сутки после прохождения крупных пятен через центральный меридиан Солнца навело ученых на мысль, что это геофизическое явление зависит от солнечной деятельности.
Происходит это, очевидно, следующим образом. Из активных областей Солнца (пятен, факелов, протуберанцев) выбрасываются электрически заряженные частицы, которые при подходе к Земле отклоняются к магнитным полюсам и, внедряясь в верхние слои атмосферы на высоте до 80 — 100 километров, возбуждают атомы и молекулы атмосферы к свечению.
Через 27 дней (время обращения Солнца) группа пятен будет снова обращена к Земле, и выброшенные из этой области электрически заряженные частицы могут опять попасть на Землю и вновь вызвать свечение.
Магнитные бури
Обычно полярные сияния сопровождаются еще одним интересным геофизическим явлением — магнитными бурями. Отчего это происходит?
Вследствие движения солнечных заряженных частичек в атмосфере на высоте 100 — 200 километров возникают электрические токи, которые образуют в окружающем пространстве — магнитное пале. Это магнитное поле, взаимодействуя с магнитным полем Земли, «возмущает» его.
Чем сильнее магнитная буря, тем интенсивнее полярное сияние и тем южнее оно наблюдается. Так в годы максимума солнечной деятельности во время магнитных бурь видимость сияний может распространиться до средних и даже тропических широт.
В Росси оно было видно в Москве и других более южных районах, сопровождалось сильной магнитной бурей и продолжительным нарушением коротковолновой радиосвязи почти на всех магистралях.
Нет сомнения, что это полярное сияние было вызвано усилением активности большой группы солнечных пятен, пересекающих в данное время центральный меридиан Солнца.
Однако, как ни проста мысль о возникновении сияний и магнитных бурь в связи с наличием солнечных потоков заряженных частиц, все же вплоть до самого последнего времени оставалась лишь гипотезой. Ученым удалось получить непосредственное доказательство существования солнечных потоков, проникающих в верхние слои земной атмосферы.
Изучая спектры полярных сияний при помощи специальных оптических приборов — спектрографов, разлагающих свет сияния и фотографирующих его, ученые получили важные данные о химическом составе верхних слоев земной атмосферы до высоты в 1000 километров.
Оказывается, что химический состав верхних слоев атмосферы не отличается от состава воздуха в нижних слоях и остается преимущественно азотно – кислородным.
По спектрам полярных сияний можно также определить температуру и плотность газов на этих высотах. Применение новой аппаратуры высокого качества позволило обнаружить в спектрах полярных сияний линии водорода.
Однако оказалось, что эти линии смешены от своего обычного положения. Это указывало на то, что возникновение водородных линий в верхних слоях атмосферы связано не с атомами водорода окружающего Землю воздуха, а с частичками, которые занесены в атмосферу солнечным потоком.
Было установлено, что вторгающиеся в земную атмосферу частицы являются протонами — ядрами атома водорода, самого обильного химического элемента, из которого состоит Солнце.
По величине смешения линий удалось определить, что скорость перемещения частиц равняется 700 – 3000 километров в секунду. Это открытие имело большое значение для физической теории полярных сияний.
Однако, несмотря на ряд существенных достижений, полученных за последнее время в области исследований полярных сияний, многие вопросы все еще остаются нерешенными.
Чем объяснить, например, большое разнообразие форм полярных сияний, их движение и игру света? Как происходит извержение заряженных потоков из активных областей Солнца? Каким путем энергия солнечных протонов передается атомам и молекулам земной атмосферы?
Глубокое знание физических процессов, происходящих в верхних слоях атмосферы, и в частности в ионосфере, имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Как известно, в ионосфере расположены электропроводящие слои, от которых зависит качество радиосвязи.
Во время полярных сияний и магнитных бурь связь на коротких волнах часто нарушается. Перед учеными стоит задача не только уметь предсказывать время нарушения связи, но и научиться бороться с этим нарушением.
Таким образом, полярные сияния служат одним из важнейших источников исследования верхних слоев атмосферы.
Исследования полярных сияний, которые предполагается провести учеными различных стран одновременно на всем земном шаре, несомненно, внесут ценный вклад в изучение этого очень интересного геофизического явления.
Исаев С. И.
Видео: Ползущие камни Долины Смерти
Виды туризма и категории туризма
