Файл: Омхольт, А. Полярные сияния.pdf

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ 27

шарий (т. е. в точках одной и той же магнитной силовой линии для спокойных условий), которые показывают, как нарушается сопряженность полярных сияний [35, 36]. Несмотря на это, параметр Ад является наилучшей коор­ динатой для описания магнитной широты.

В [30] указано, что для вычисления истинной формы маг­ нитных силовых линий необходимо вводить поправку на геомагнитную долготу, так как конкретная магнитная си­ ловая линия не располагается в одной плоскости, как пред­ полагается в дипольном приближении.

Поскольку явление магнитной бури обусловлено Солн­ цем, а ее интенсивность на поверхности Земли определяется геомагнитной широтой, направление на Солнце и направле­ ние оси геомагнитного диполя являются наиболее естествен­ ными направлениями. Поэтому наиболее удобная система координат следующая: главная ось совпадает с осью гео­

кой-либо точке определяется углом между этой плоскостью и плоскостью, проходящей через ось диполя и данную точку. Эти две плоскости совпадают, когда магнитное время равно 12 ч 00 мин (магнитный полдень) или 0 ч 00 мин (маг­

стве третьей координаты того или иного параметра зависит от изучаемого явления. Первичные результаты наблюде­ ний полярных сияний часто представляют с использованием дипольной широты, так как преобразование к другой коор­ динате зависит от детального знания геомагнитного поля.

1.2.2. Глобальная морфология полярных сияний. Об­ ширные систематические данные о проявлениях полярных сияний с использованием системы координат геомагнит­ ная широта — местное геомагнитное время содержатся в исследованиях Дэвиса [15, 16] и Акасофу [6, 7].

Отдельный активный период в развитии сияний часто называют суббурей в полярных сияниях. На рис. 1.9 при­ ведено развитие суббури в полярных сияниях в координа­ тах геомагнитная широта — местное время. На каждой диа­

28 ГЛАВА 1

грамме начало координат соответствует геомагнитному полюсу, причем ось диполя перпендикулярна плоскости рисунка, а Солнце расположено вверху*. До суббури суще­ ствует довольно устойчивая система дуг и полос полярных сияний (рис. 1.9, а). Активизация начинается с увеличения яркости одной или нескольких полос (рис. 1.9, б) с после­ дующей деформацией и движением к полюсу всей системы дуг около полуночного меридиана. Новые лучистые формы

ризуется яркими формами с быстрым движением и быстры­ ми вариациями интенсивности вдоль всего овала полярных сияний. Фазы от а до а соответствуют последовательности, изображенной на рис. 1.7. Первоначально существовавшие полосы и вновь образовавшиеся формы обычно движутся от центра возмущения. После максимума суббури появляются

На основании рис. 1.9 можно заключить, что развитие суббури в полярных сияниях для наблюдателя в какойлибо точке на поверхности Земли будет зависеть от его положения (каждый наблюдатель видит круг диаметром 1000 км на высоте 100 км). В общем его восприятие будет зависеть как от развития суббури в течение ночи, так и от его собственного движения под полярным сиянием.

Ввечернем секторе будут преобладать дуги и полосы,

ав утренние часы наиболее часто появляются диффузные пятна, отдельные лучи и другие диффузные слабые авро­ ральные явления. Временные и пространственные масштабы и интенсивность суббури могут сильно меняться, некото­ рые суббури приводят к образованию только выпуклостей

в системе дуг, тогда как другие могут привести к их рас­

* Глобальная схема развития суббури в полярных сияниях детально описана в монографии С. И. Исаева и М. И.Пудовкина. «Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли», изд-во «Наука», Л., 1972. Изображенная на рис. 1.9 схема развитиясуб-

а глобальная схема, включающая фазу зарождения суббури, опи­

15° от геомагнитного полюса соответственно на ночной и дневной сторонах Земли и расширяется с усилением гео­ магнитной активности (детальное описание морфологии полярных сияний и суббурь см. в [7]). Отдельные дуги полярных сияний, по-видимому, ориентированы вдоль овала полярных сияний [1, 49]. Акософу (частное сообще­ ние) получил аналогичный результат при наблюдениях с борта самолета, летящего вдоль овала*. Кроме того, по­ лярные сияния на дневной стороне овала чаще бывают крас­ ного цвета, что указывает на нх большие высоты [8]. Уста­ новлено, что, по-видимому, существует также зона слабого вторжения мягких частиц в овале и около него на дневной стороне, простирающаяся на «5° к экватору от овала, а еще дальше к экватору от нее имеется зона вторжения более жестких частиц [22, 44, 51].

Существует, по-видимому, сопряженность в картине авроральных явлений в северном и южном полушариях [7, И, 17, 35, 36], хотя сопоставление деталей предпола­ гает сильные возмущения геомагнитного поля и нарушения положения сопряженной точки, вычисленного для спо­ койных периодов.

Зоны полярных сияний, которые ранее изучались с большим энтузиазмом, являются зонами максимальной частоты появления сияний при наблюдениях из фиксиро­ ванной точки -на поверхности Земли. Однако такая стати­ стическая обработка фактически интегрирует все полярные сияния, наблюдаемые из какой-либо географической точ­ ки, как по местному геомагнитному, так и по всемирному времени. Если бы геомагнитное поле было дипольным, то частота появления сияний зависела бы только от геомаг­ нитной широты [37]. Тот факт, что классические зоны по­ лярных сияний не круговые, отражает факт, что диполь­

* Расположение протяженных дуг полярных сияний вдоль овала изучалось при полетах самолетов с камерами полного об­ зора неба на борту в 1969—1971 г. [S.-7. Akasofu, D. S. Kimball, J. Buchau, R, W. Gowell, J. Geophys. Res., 77, 4233 (1972)].— Прим, ped.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИИ 31

ное приближение не вполне справедливо. По этой при­ чине L или A l — более подходящие координаты, чем ди­ польная широта. Действительно, зоны полярных сияний следуют вдоль линий L = const с хорошим приближением.

Другое усложнение при этом простом методе описания и изучения суббурь полярных сияний обусловлено тем, что Солнце обычно не располагается в геомагнитной эква­ ториальной плоскости. Из-за наклона оси вращения Земли относительно плоскости орбиты (23°) и несовпадения осей вращения Земли и геомагнитного диполя (11°) направ­ ление на Солнце может в течение года отклоняться до ±34° от геомагнитной экваториальной плоскости. Эти два эффекта вызывают усиление суточных и сезонных вариаций, которые можно изучить статистически, если произвести соответствующее разделение данных.

Наиболее существенны, по-видимому, сезонные вариа­ ции, связанные с изменением угла между осью геомагнит­ ного диполя и направлением Земля — Солнце. Вариации в положении овала при изменении направления оси диполя наблюдали Фельдштейн и Старков [2].

При рассмотрении отдельного аврорального явления полезно отметить также, что вариация с всемирным вре­ менем UT включает также компоненты, обусловленные 11летним циклом солнечной активности и тенденцией к 27-дневной повторяемости, связанной с периодом вращения Солнца.

1.2.3. Среднеширотные красные дуги. На больших высотах наблюдаются иногда красные дуги, называемые также М-дугами, которые появляются в средних широтах и которые, вероятно, должны быть отнесены к полярным сияниям. Красная дуга является субвизуальным широким образованием, вытянутым вдоль геомагнитной параллели. Излучение ее монохроматично в красных линиях [01] на 6300 и 6364 А- Эти дуги были впервые обнаружены Барбье [10] в 1958 г. и интенсивно изучались в последующие годы

[20, 21, 24, 25, 33, 39—41]*. Высота красных дуг больше