Полярное сияние
- Источник статьи: Большая российская энциклопедия[1]
ПОЛЯ́РНОЕ СИЯ́НИЕ – свечение верхних слоёв атмосферы, возникающее в результате взаимодействия частиц солнечного ветра с магнитосферой планеты. Регулярно наблюдается на Земле, зарегистрировано на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Заряженные частицы солнечного ветра движутся к планете вдоль силовых линий магнитного поля из расположенного в окрестностях планеты плазменного слоя. Проекция плазменного слоя на поверхность планеты имеет форму колец (называемых авроральными овалами), окружающих южный и северный магнитные полюсы планеты.
На Земле диаметр авроральных овалов при средней солнечной активности составляет около 3000 км. На дневной стороне Земли внешняя граница этой зоны отстоит от магнитного полюса на 10–16° широты, на ночной – на 20–23°. Т. к. магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими (отличие составляет около 11,5° по широте), полярные сияния обычно наблюдаются в области 67–70° широты, а в периоды высокой солнечной активности и магнитных бурь – ещё на 20–25° ближе к экватору. В Северном полушарии полярные сияния называют также северным сиянием, а в Южном полушарии – южным.
Столкновение высокоэнергичных частиц плазменного слоя с верхними слоями атмосферы вызывает люминесценцию атомов и молекул воздуха – они переходят в возбуждённое состояние и излучают в видимом диапазоне. Это и вызывает появление наблюдаемых глазом полярных сияний. Цвет полярных сияний в значительной степени определяется высотой его появления: на высотах 200–400 км наблюдают зелёное и жёлтое свечение кислорода, на высоте около 110 км совместное свечение кислорода и азота даёт красный и фиолетовый цвета полярных сияний. Излучение водорода также влияет на полярные сияния. Максимальной зарегистрированной высотой появления полярных сияний на Земле считается 1130 км, минимальной – 60 км. Спектры люминесценции полярных сияний на других планетах Солнечной системы зависят от состава атмосфер планет. Так, на Юпитере основной газ, создающий полярные сияния, – водород.
При наблюдении с поверхности Земли полярные сияния имеют разнообразные формы. Как правило, свечение начинается в виде однородной дуги без лучистой структуры: её яркость может быть постоянной или изменяющейся (пульсирующей) с периодом более минуты. При возрастании яркости полярного сияния в нём возникают лучи (так называемые драпри – оптический эффект, напоминающий драпировку гардинами), всполохи, пятна, пульсирующие лучистые дуги или «короны» (лучи, сходящиеся к вершине).
Интенсивность свечения полярных сияний обычно выражают в баллах по международной шкале. Слабые полярные сияния, яркость которых приближается к яркости Млечного Пути, оцениваются в 1 балл; полярные сияния, яркость которых аналогична яркости тонких перистых облаков, освещаемых Луной, оцениваются в 2 балла; то же для кучевых облаков – в 3 балла; полярные сияния, яркость свечения которых соответствует свету полной Луны, оцениваются в 4 балла. Полярные сияния могут продолжаться от десятков минут до нескольких суток и возникают чаще всего весной и осенью (наиболее вероятно – в периоды весеннего и осеннего равноденствий). Энергия, выделяемая за непродолжительное время при полярном сиянии, сравнима по величине с энергией, выделяемой при землетрясении.
На основе большого количества наблюдений в Арктике установлены географические закономерности появления полярных сияний. Определена относительная частота их возникновения в каждой конкретной точке Земли, измеряемая в среднем количестве суток появления полярных сияний за год. Линии, соединяющие точки с равной частотой возникновения полярные сияния, называют изохазмами. По форме эти линии напоминают несколько деформированные окружности, центр которых почти совпадает с северным магнитным полюсом Земли. Изохазма максимальной частоты появления полярных сияний в Северном полушарии проходит через Гудзонов залив, Аляску, Большое Медвежье озеро, Гренландию и Исландию, север Норвегии и Сибирь; в Южном полушарии есть аналогичная антарктическая изохазма.
Во время геомагнитных возмущений на высотах 100–130 км в зоне полярных сияний наблюдаются полярные радиоотражения (радиоаврора) – рассеяние ультракоротких радиоволн неоднородной ионизованной средой. С их помощью можно регистрировать слабые диффузные полярные сияния, не наблюдаемые оптическими методами. Причина возникновения полярных радиоотражений та же, что и полярных сияний (вторжение заряженных частиц из магнитосферы в ионосферу вблизи полюсов), однако для их появления необходимо также наличие ионосферного электрического поля, напряжённость которого достаточна для создания соответствующих неоднородностей в ионосфере.
Литература статьи Большой российской энциклопедии[править | править код]
- Исаев С. И. Полярные сияния. Мурманск, 1980.
- Мизун Ю. Г. Полярные сияния. М., 1983.