Файл: Лушев, Ю. Г. Физика верхней атмосферы Земли учебник.pdf

ние доказывается как прямыми измерениями, так и исследова­ ниями космических лучей.

Какова же причина возникновения межпланетного магнит­ ного поля?

Е. Паркер (1965) выдвинул гипотезу о том, что межпланетное магнитное поле возникает в результате вытягивания силовых ли­ ний общего магнитного поля Солнца в межпланетном простран­ стве солнечными газами при расширении хромосферы и короны. Об этом свидетельствует, прежде всего, вытянутая структура ко-

рональных лучей.

ной плоскости Солнца при спокойном солнечном ветре (V ~ ~ 300 км/сек в районе орбиты Земли).

Общее возмущенное межпланетное магнитное поле возникает в результате распространения в невозмущенном магнитном поле ударных волн от Солнца, которые возникают при солнечных вспышках. На рис. 10.11 показано искажение невозмущенного межпланетного магнитного поля ударной волной от Солнца, ког­ да ее фронт находится между Солнцем и земной орбитой.

За последние годы были проведены детальные и точные из­ мерения характеристик магнитного поля в межпланетном про­ странстве. Напряженность поля обычно составляет от 2 до 7 f , в среднем около 5f (рис. 10.12), а направление магнитных сило­ вых линий соответствует спирали Архимеда. Параметры поля из­ меняются во времени и в пространстве. Выявлена также их чет­ кая 27-дневная периодичность в экваториальной плоскости Солн­ ца. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о

2 2 0

ГЛАВА XI

ПОЛЯРНЫЕ сияния

Результатом взаимодействия заряженных частиц внеземного происхождения с частицами верхней атмосферы при наличии гео­ магнитного поля является одно из красивейших геофизических явлений — полярное сияние. Это явление своеобразного свечения верхних слоев атмосферы возникает преимущественно в поляр­ ных районах.

Большие и очень большие магнитные бури, как правило, со­ провождаются полярными сияниями, которые наблюдаются в вы­ соких широтах на всех долготах в северном и южном полуша­ риях. Интенсивные полярные сияния могут иногда наблюдаться в умеренных и даже в низких широтах. Связь между магнитными бурями и полярными сияниями обусловлена общностью причин, вызывающих те и другие явления.

§1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИИ

1.Форма полярных сияний. По своей структуре полярные сия­ ния могут быть чрезвычайно разнообразными. Однако по форме их все же можно классифицировать на две большие группы: фор­ мы без лучистой структуры и формы с лучистой структурой.

Перечислим наиболее характерные формы полярных сияний первой группы.

К о р о н а — лучистое сияние, видимое вблизи магнитного зе­ нита1). Поскольку лучи расположены примерно вдоль силовых линий геомагнитного поля, то в результате эффекта перспективы они сходятся в направлении магнитного зенита.

Д р а п р и — полоса, состоящая из длинных лучей и создаю­ щая впечатление свисающего занавеса.

') Магнитный зенит — это воображаемая точка пересечения продолжения магнитной стрелки с небесной сферой, если стрелка подвешена свободно в маг­ нитном поле Земли.

2 2 2

Ко второй группе относятся три формы полярных сияний.

Д у г а — светящаяся полоса, простирающаяся в направлении магнитной параллели с запада на восток. Наивысшая точка по­ лосы расположена вблизи магнитного меридиана. Нижняя гра­ ница дуги резко очерчена, а верхняя — размыта и постепенно исчезает с высотой.

П о л о с а — форма, подобная дуге, но не имеющая такой пра­ вильной структуры. Вдоль полосы могут происходить активные видимые движения.

П у л ь с и р у ю щ а я п о в е р х н о с т ь — форма, имеющая вид светящегося облака, интенсивность свечения которого нере­ гулярно колеблется с периодом в несколько секунд.

Многие формы полярных сияний могут быть видимы одновре­ менно.

В полярных сияниях встречаются почти все цвета. Преобла­ дающим цветом, особенно в дугах, является зеленовато-желтый, напоминающий цвет растений, выросших в темноте. Драпри и светящиеся поверхности часто бывают окрашены в красный или даже в темно-красный цвет. Изредка наблюдаются голубые и фиолетовые сияния.

Каждая из форм полярного сияния соответствует определен­ ному физическому процессу, происходящему в верхней атмосфе­ ре. Некоторые из форм, например кброна, определяются также перспективой и зависят от положения наблюдателя.

2. Интенсивность полярных сияний. Самое слабое сияние, ви­ зуально отличимое от фона, имеет интенсивность, в 3—4 раза большую, чем нормальное свечение ночного неба.

Интенсивность полярных сияний при визуальных наблюде­ ниях оценивают с помощью международного коэффициента яр­ кости (IBC). Различают четыре класса интенсивности:

I — яркость Млечного пути;

II— яркость перистых облаков, освещенных Луной; III — яркость кучевых облаков, освещенных Луной;

IV — освещенность на земной поверхности, равная освещенно­ сти, создаваемой полной Луной.

Полярные сияния классов I и II являются бесцветными, а классов III и IV обычно имеют цветную окраску.

Приведенная градация интенсивности полярных сияний яв­ ляется слишком грубой и субъективной.

Для объективной оценки интенсивности используют электро­

приведена в табл. 11.1.

Измерения, проведенные с помощью электрофотометров, по­ казали, что величина светового потока от полярного сияния не­ прерывно меняется, пульсирует.

223

Однородные дуги имеют, как правило, небольшую яркость, но значительную продолжительность существования. Световой поток от них изменяется во времени медленно и плавно.

В группе форм полярных сияний с лучистой структурой про­ исходят быстрые изменения светового потока, имеющие харак­ тер всплесков.

Наиболее прямым и точным методом определения высоты поляр­ ных сияний является метод триангуляции.

к м

Рис. 11.1. Высоты нижней границы дуг полярных сияний в зависимости от их интенсивности

Наиболее удобно измерять высоту у дуг и полос полярных сияний, имеющих резкую нижнюю границу. Результаты измере­ ний показывают, что в высотном распределении полярных сия­ ний имеется двойной максимум между 95 и ПО км.

Харанг показал, что наличие такого двойного максимума воз­ никает из-за наложения высотного распределения сияний раз­ личной интенсивности (рис. 11.1). Из приведенного графика вид-

224

но, что наиболее интенсивные сияния возникают на более низких высотах.

Полярные сияния с нижней границей менее 150 км — это обычные полярные сияния с зеленоватым оттенком, часто появ­ ляющиеся вблизи широт 60—70°. Ширина дуг составляет около 20 км, а полос и драпри — до 80 км. Высота лучей может дости­ гать нескольких сотен километров. Крайне редко полярные сия­ ния могут опускаться ниже 100 км (иногда до 60 км).

Кроме обычных полярных сияний, чаще всего в периоды вы­ сокой солнечной активности возникают сияния на значительно больших высотах (выше 250 км). Это — полярные сияния ти­ па А0. Они имеют красноватую окраску и наиболее интенсивные из них могут наблюдаться в низких широтах. Так, в ночь с 8 на 9 марта 1970 г. яркое полярное сияние наблюдалось в окрестно­ стях Москвы.

Полярные сияния, наблюдаемые в средних и низких широтах, обычно располагаются в северной части небосвода. При средней высоте 105 км полярные сияния можно видеть с расстояния до

1000 км.

§ 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ЧАСТОТА ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЯ

Полярные сияния наиболее часто возникают в высоких ши­ ротах северного и южного полушарий. Если составить карту изо­

Она может несколько перемещаться, сужаться и расширяться в зависимости от времени суток, сезона года и года в 11-летнем цикле солнечной активности.