Полярное сияние: фото, широты, причины явления. Полярное сияние Свечение некоторых слоев атмосферы

В период активности на Солнце наблюдаются вспышки. Вспышка представляет собой нечто подобное взрыву, в результате которого образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, изменяют магнитное поле Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли заряженные частицы движутся вдоль магнитных силовых линий и наиболее близко к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли. В результате столкновений заряженных частиц с молекулами воздуха возникает электромагнитное излучение – полярное сияние.

Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цвета.

Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы правильно понимаем природу полярного сияния, является его повторение в лаборатории. Такой эксперимент, получивший название «Аракс», был проведён в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями.

Для эксперимента были выбраны две точки на поверхности Земли, лежащие на одной и той же силовой линии магнитного поля. Этими точками служили в Южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в Северном полушарии посёлок Согра в Архангельской области.

С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определённой высоте создал поток электронов. Двигаясь вдоль магнитной силовой линии, эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой.

• Задание №2E0B2C

Согласно современным представлениям полярные сияния на других планетах Солнечной системы могут иметь такую же природу, что и полярные сияния на Земле. На каких планетах, представленных в таблице, возможно наблюдать полярные сияния?

Ответ поясните.

• Задание №3B56A0

Согласно современным представлениям, полярные сияния на других планетах Солнечной системы могут иметь такую же природу, что и полярные сияния на Земле. На каких планетах, представленных в таблице, можно наблюдать полярные сияния?

• • 1) только на Меркурии
  • 2) только на Венере
  • 3) только на Марсе
  • 4) на всех планетах
• Задание №A26A40

Магнитные бури на Земле представляют собой

• • 1) вспышки радиоактивности
  • 2) потоки заряженных частиц
  • 3) быстрые и непрерывные изменения облачности
  • 4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты
• Задание №AA26A6

Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 100 км, определяется преимущественно излучением

• • 1) азота
  • 2) кислорода
  • 3) водорода
  • 4) гелия

Полярные сияния

Полярное сияние – одно из самых красивых явлений в природе. Формы полярного сияния очень разнообразны: то это своеобразные светлые столбы, то изумрудно-зелёные с красной бахромой пылающие длинные ленты, расходящиеся многочисленные лучи-стрелы, а то и просто бесформенные светлые, иногда цветные пятна на небе.

Причудливый свет на небе сверкает, как пламя, охватывая порой больше чем полнеба. Эта фантастическая игра природных сил длится несколько часов, то угасая, то разгораясь.

Полярные сияния чаще всего наблюдаются в приполярных регионах, откуда и происходит это название. Полярные сияния могут быть видны не только на далёком Севере, но и южнее. Например, в 1938 году полярное сияние наблюдалось на южном берегу Крыма, что объясняется увеличением мощности возбудителя свечения – солнечного ветра.

Начало изучению полярных сияний положил великий русский учёный М.В. Ломоносов, высказавший гипотезу о том, что причиной этого явления служат электрические разряды в разреженном воздухе.

Опыты подтвердили научное предположение учёного.

Полярные сияния – это электрическое свечение верхних очень разреженных слоёв атмосферы на высоте (обычно) от 80 до 1000 км. Свечение это происходит под влиянием быстро движущихся электрически заряженных частиц (электронов и протонов), приходящих от Солнца. Взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли приводит к повышенной концентрации заряженных частиц в зонах, окружающих геомагнитные полюса Земли. Именно в этих зонах и наблюдается наибольшая активность полярных сияний.

Столкновения быстрых электронов и протонов с атомами кислорода и азота приводят атомы в возбуждённое состояние. Выделяя избыток энергии, атомы кислорода дают яркое излучение в зелёной и красной областях спектра, молекулы азота – в фиолетовой. Сочетание всех этих излучений
и придаёт полярным сияниям красивую, часто меняющуюся окраску. Такие процессы могут происходить только в верхних слоях атмосферы, потому что, во-первых, в нижних плотных слоях столкновения атомов и молекул воздуха друг с другом сразу отнимают у них энергию, получаемую от солнечных частиц, а во-вторых, сами космические частицы не могут проникнуть глубоко в земную атмосферу.

Полярные сияния происходят чаще и бывают ярче в годы максимума солнечной активности, а также в дни появления на Солнце мощных вспышек и других форм усиления солнечной активности, так как с её повышением усиливается интенсивность солнечного ветра, который является причиной возникновения полярных сияний.

• Задание №2F4F0E

В каких частях земной атмосферы наблюдается наибольшая активность полярных сияний?

• • 1) только около Северного полюса
  • 2) только в экваториальных широтах
  • 3) Около магнитных полюсов Земли
  • 4) в любых местах земной атмосферы
• Задание №A0E5A3

Можно ли утверждать, что Земля – единственная планета Солнечной системы, где возможны полярные сияния? Ответ поясните.

• Задание №F3B537

Полярным сиянием называют

А. миражи на небе.

Б. образование радуги.

В. свечение некоторых слоёв атмосферы.

Правильным ответом является

• • 1) только А
  • 2) только Б
  • 3) только В
  • 4) Б и В

Полярные сияния

Одним из самых красивых и величественных явлений природы является полярное сияние. В местах земного шара, расположенных в высоких широтах, преимущественно за северным или южным Полярным кругом, во время долгой полярной ночи на небе часто вспыхивают свечения разнообразной окраски и формы. Полярные сияния возникают на высоте от 80 до 1000 км над поверхностью Земли и представляют собой свечение разреженных газов земной атмосферы. Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цвета.

Подмечена связь между полярными сияниями и активностью Солнца:
в годы максимума солнечной активности (максимума вспышек на Солнце) достигает максимума и число полярных сияний. Во время вспышек на Солнце происходит выброс заряженных частиц (в том числе электронов), движущихся с огромной скоростью. Попадая в верхние слои атмосферы Земли, электроны заставляют светиться составляющие её газы.

Но почему полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах, ведь солнечные лучи освещают всю Землю? Дело в том, что Земля имеет достаточно сильное магнитное поле. Попадая в земное магнитное поле, электроны отклоняются от своего первоначального прямого пути и выбрасываются в приполярные области земного шара. Эти же электроны изменяют магнитное поле Земли, вызывая появление магнитных бурь, а также оказывают влияние на условия распространения радиоволн вблизи земной поверхности.

• Задание №7CF82A

Согласно современным представлениям, полярные сияния на других планетах Солнечной системы могут иметь такую же природу, что и полярные сияния на Земле. Достаточным условием для наблюдения полярных сияний на планете является наличие у неё

• • 1) только атмосферы
  • 2) только магнитного поля
  • 3) естественных спутников
  • 4) атмосферы и магнитного поля
• Задание №A62C62

Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 80 км, определяется преимущественно излучением

• • 1) азота
  • 2) кислорода
  • 3) водорода
  • 4) гелия
• Задание №A779CF

Магнитные бури представляют собой

• • 1) пятна на Солнце
  • 2) потоки заряженных частиц
  • 3) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля Солнца
  • 4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля нашей планеты

Природный феномен, известный как собственное свечение атмосферы (англ. airglow) был открыт в 1868 году шведским учёным Андерсом Ангстремом.

Это небесное свечение естественной природы происходит все время и по всему земному шару. Существует три его типа: дневное (dayglow), сумеречное (twilightglow) и ночное (nightglow). Каждое из них является результатом взаимодействия солнечного света с молекулами в нашей атмосфере, но имеет свой особый способ формирования.

Дневное свечение образуется, когда солнечный свет падает на атмосферу в дневное время. Некоторая его часть поглощается молекулами в атмосфере, что дает им избыток энергии, которую они затем высвобождают как свет, либо на такой же, либо на чуть более низкой частоте (цвет). Этот свет гораздо слабее обычного дневного света, поэтому мы не можем его увидеть невооруженным глазом.

Сумеречное свечение по сути представляет собой то же самое, что и дневное, но в этом случае Солнцем освещаются только верхние слои атмосферы. Остальная ее часть и наблюдатели на Земле находятся в темноте. В отличие от дневного свечения, видно невооруженным глазом.

Ночное же свечение порождается не солнечным светом, падающим на ночную атмосферу, а иным процессом, который называется хемолюминесценция. Солнечный свет в течение дня накапливает энергию в атмосфере, содержащей молекулы кислорода. Эта дополнительная энергия заставляет молекулы кислорода распадаться на отдельные атомы. В основном это происходит на высоте около 100 км.

В отличае от полярных сияний, ночные свечения распространены по всему небу и равномерны.

Яркость свечения коррелирует с уровнем ультрафиолетового (УФ) света, исходящего от Солнца, который изменяется с течением времени. Сила свечения зависит от времени года.

Чтобы увеличить свои шансы на обнаружение небесного свечения, следует запечатлеть темное и ясное ночное небо в режиме длинной выдержки. Свечение можно увидеть в любом направлении, свободном от светового загрязнения, в 10–20 градусах над горизонтом.

Небо светится, как гигантская многократная радуга. Различные возмущения, например, приближающаяся буря, могут создавать в Земной атмосфере рябь, похожую на волны. Эти гравитационные волны – колебания поверхностей слоёв воздуха и похожи на волны, вызванные броском камня в спокойную воду.

Фотография с длинной выдержкой, сделанная в направлении вертикальных слоёв свечения атмосферы, сделала эту волнообразную структуру видимой.

Механизм возникновения данного явления заключается в следующем. В течение дня солнечная радиация (солнечный свет) разрушает молекулы воздуха на атомы (заряженные атомы, ионы), выбиваются электроны. Когда ионы вновь встречаются (или притягивают электрон) - формируется молекула, а избыток энергии уходит в виде света. На высоте 80-120 км рекомбинируются, в основном молекулы кислорода и натрия с испусканием зеленого и жёлтого света соответственно; на высоте 250-300 км происходит электрон-ионная рекомбинация, но излучение этого слоя лежит в инфрактасной (невидимой) области электромагнитного спектра.

Наиболее распространённым механизмом, приводящим к возникновению свечения является соединение атома азота с атомом кислорода с формированием молекулы окиси азота (NO). В ходе данной реакции излучается фотон. Другими веществами, способными внести вклад в свечение неба, являются гидроксильный радикал (OH), молекулярный кислород, натрий и литий. Тёмно-красное свечение, скорее всего, образуют молекулы OH, расположенные на высоте около 87 километров и возбуждаемые ультрафиолетовым солнечным излучением. Оранжевое и зелёное свечение идёт от атомов натрия икислорода, находящихся чуть выше.

Полярное сияние - это одно из многочисленных чудес природы. Его можно наблюдать и в России. На севере нашей страны проходит полоса, где полярные сияния проявляют себя наиболее часто и ярко. Великолепное зрелище может охватывать большую часть небосвода.

Начало явления

Полярное сияние начинается с возникновения светлой полосы. От нее отходят лучи. Яркость может возрастать. Увеличивается площадь неба, охваченная чудесным явлением. Возрастает и высота лучей света, опускающихся ближе к поверхности Земли.

Яркие вспышки и переливы цвета восхищают наблюдателей. Движения волн света завораживают. Это явление связано с деятельностью Солнца - источника света и тепла.

Что это такое

Полярным сиянием называют быстро меняющееся свечение верхних разреженных слоев воздуха в отдельных участках ночного неба. Это явление, наряду с восходом солнца, иногда именуют авророй. Днем светового шоу не видно, однако приборы фиксируют поток заряженных частиц в любое время суток.

Причины полярного сияния

Великолепное природное явление возникает благодаря Солнцу и наличию атмосферы планеты. Для образования полярного сияния также необходимо присутствие геомагнитного поля.

Солнце постоянно выбрасывает из себя заряженные частицы. Вспышка на Солнце - фактор, благодаря которому в космическое пространство поступают электроны и протоны. Они летят с большой скоростью в сторону вращающихся планет. Такое явление называется солнечным ветром. Оно могло бы быть опасно для всего живого на нашей планете. Магнитное поле защищает от проникновения солнечного ветра. Оно отправляет заряженные частицы к полюсам планеты, согласно расположению силовых линий геомагнитного поля. Однако в случае более мощных вспышек на Солнце население Земли наблюдает полярные сияния и в умеренных широтах. Такое происходит, если магнитное поле не успевает отправить большой поток заряженных частиц к полюсам.

Солнечный ветер взаимодействует с молекулами и атомами атмосферы планеты. Это и вызывает свечение. Чем большее количество заряженных частиц долетело до Земли, тем ярче оказывается свечение верхних слоев атмосферы: термосферы и экзосферы. Иногда и до мезосферы - среднего слоя атмосферы - доходят частицы солнечного ветра.

Типы авроры

Виды полярных сияний различны и могут плавно переходить один в другой. Наблюдаются световые пятна, лучи и полосы, а также короны. Северное сияние может быть почти неподвижным или струящимся, что особенно завораживает наблюдателей.

Полярные сияния Земли

На нашей планете имеется довольно мощное геомагнитное поле. Оно достаточно сильно, чтобы постоянно отправлять заряженные частицы в сторону полюсов. Именно поэтому мы можем наблюдать яркое свечение на территории полосы, где проходит изохазма наиболее частых полярных сияний. Яркость их напрямую зависит от работы геомагнитного поля.

Атмосфера нашей планеты богата разными химическими элементами. Это объясняет разную окраску небесного свечения. Так, молекула кислорода на высоте 80 километров при взаимодействии с заряженной частицей солнечного ветра дает бледно-зеленый цвет. На высоте 300 километров над Землей цвет будет красным. Молекула азота проявляет синий или ярко-красный цвет. На фото полярного сияния хорошо различимы полосы разного цвета.

Северные сияния более яркие, чем южные. Потому что в сторону северного магнитного полюса стремятся протоны. Они более тяжелые, чем электроны, несущиеся к южному магнитному полюсу. Сияние, образующееся в результате взаимодействия протонов с молекулами атмосферы, оказывается несколько ярче.

Устройство планеты Земля

Откуда возникает геомагнитное поле, защищающее все живое от губительного солнечного ветра и движущее заряженные частицы в стороны полюсов? Ученые считают, что центр нашей планеты заполнен железом, которое расплавлено от высокой температуры. То есть железо жидкое и постоянно находится в движении. От этого движения возникает электричество и магнитное поле планеты. Однако в некоторых частях атмосферы магнитное поле по неизвестной причине ослабевает. Это происходит, например, над южной частью Атлантического океана. Здесь всего треть магнитного поля от нормы. Это беспокоит ученых, потому что поле продолжает ослабевать и в настоящее время. Специалисты подсчитали, что за последние 150 лет геомагнитное поле Земли ослабло еще на десять процентов.

Область возникновения природного явления

Зоны полярных сияний не имеют четких границ. Однако наиболее яркие и частые те, что проявляются кольцом у полярного круга. В Северном полушарии можно провести линию, на которой сияния наиболее сильные: северная часть Норвегии - острова Новая Земля - полуостров Таймыр - север Аляски - Канада - юг Гренландии. На этой широте - около 67 градусов - полярные сияния наблюдаются почти каждую ночь.

Самый пик явлений чаще приходится на 23:00. Самыми яркими и продолжительными сияния бывают в дни равноденствия и близкие к ним даты.

Более часто сияния возникают в областях магнитных аномалий. Здесь выше их яркость. Наибольшая активность явления наблюдается на территории Восточно-Сибирской магнитной аномалии.

Высота возникновения свечения

Как правило, около 90 процентов всех полярных сияний возникает на высоте от 90 до 130 километров. Регистрировали сияния на высоте 60 километров. Максимальная зарегистрированная цифра - 1130 километров от поверхности Земли. На разной высоте наблюдаются разные формы свечения.

Особенности природного явления

Целый ряд непознанных зависимостей красоты северного сияния от некоторых факторов открыли наблюдатели и подтвердили ученые:

1. Полярные сияния, возникающие над морским пространством, более подвижны, чем проявляющиеся над территорией суши.
2. Меньше свечение и над небольшими островами, а также над опресненной водой, даже находящейся посреди морской глади.
3. Над береговой линией явление наблюдается значительно ниже. В сторону суши, так же как и в сторону океана, высота полярного сияния возрастает.

Скорость полета заряженных частиц Солнца

Расстояние от Земли до Солнца - около 150 миллионов километров. Свет доходит до нашей планеты за 8 минут. Солнечный ветер движется медленнее. От того момента, как ученые замечают должно пройти больше суток, прежде чем начнется полярное сияние. 6 сентября 2017 года специалисты заметили мощную вспышку на Солнце и предупредили москвичей, что 8 сентября, возможно, северное сияние будет заметно в столице. Таким образом, прогноз впечатляющего природного явления возможен, но лишь за сутки или двое. В каком регионе сияние проявится ярче, не может предсказать с точностью никто.

Что такое изохазма

Специалисты проставили на карте земной поверхности точки с пометками частоты возникновения полярных сияний. Соединили линиями пункты со сходной частотой. Так получились изохазмы - линии равной частоты возникновения сияний. Опишем еще раз изохазму самой большой частоты, но опираясь на некоторые другие объекты местности: Аляска - Большое Медвежье озеро - Гудзонов залив - юг Гренландии - Исландия - север Норвегии - север Сибири.

Магнитный полюс Земли

Магнитный полюс Земли не совпадает с географическим полюсом. Он находится в северо-западной части Гренландии. Здесь северные сияния случаются гораздо реже, чем в полосе наибольшей частоты явления: всего около 5-10 раз в год. Таким образом, если наблюдатель находится севернее главной изохазмы, то сияния он чаще видит в южной стороне небосвода. Если человек находится южнее этой полосы, то полярное сияние чаще проявляется на севере. Это характерно для Северного полушария. Для Южного - в точности наоборот.

На территории Северного географического полюса полярные сияния возникают около 30 раз в год. Вывод: не нужно ехать в самые суровые условия для наслаждения природным явлением. В полосе главной изохазмы свечение повторяется почти каждые сутки.

Почему северные сияния иногда не имеют цвета

Путешественники иногда огорчаются, если им не удается застать цветное световое шоу во время своего пребывания на севере или юге. Люди часто могут наблюдать лишь свечение, не имеющее цвета. Это происходит не по причине особенности природного явления. Дело в том, что человеческий глаз не способен улавливать цвета при слабом освещении. В сумрачной комнате мы видим все предметы черно-белыми. То же самое происходит и при наблюдении за природным явлением на небе: если оно недостаточно яркое, то наши глаза не будут улавливать цвета.

Специалисты измеряют яркость свечения в баллах от одного до четырех. Цветными кажутся лишь трех- и четырехбалльные полярные сияния. Четвертая степень близка по яркости к лунному свету в ночном небе.

Циклы солнечной активности

Возникновение полярного сияния всегда связано со вспышками на Солнце. Раз в 11 лет активность светила повышается. Это всегда ведет к увеличению интенсивности сияний.

Северное сияние над планетами Солнечной системы

Не только на нашей планете возникают сияния. Полярные сияния Земли яркие и красивые, однако на Юпитере явления превосходят по яркости земные. Потому что магнитное поле планеты-гиганта в несколько раз сильнее. Оно отправляет солнечный ветер в противоположные стороны еще более продуктивно. Весь свет скапливается на определенных участках у магнитных полюсов планеты.

Спутники Юпитера влияют на полярное сияние. Особенно Ио. За ним остается яркий свет, потому что природное явление следует по направлению расположения силовых линий магнитного поля. На фото - полярное сияние в атмосфере планеты Юпитер. Хорошо видна яркая полоса, оставленная спутником Ио.

На Сатурне, Уране, Нептуне тоже обнаружены полярные сияния. Только Венера почти не имеет своего магнитного поля. Всполохи света, возникающие от взаимодействия солнечного ветра с атомами и молекулами атмосферы Венеры, особенные. Они покрывают всю атмосферу планеты целиком. Более того, солнечный ветер доходит до Однако такие сияния никогда не бывают яркими. Заряженные частицы солнечного ветра нигде не скапливаются в большом количестве. Из космоса Венера при атаке заряженных частиц выглядит как слабо светящийся шар.

Возмущение геомагнитного поля

Солнечный ветер пытается пробить магнитосферу нашей планеты. в этом случае не остается спокойным. На нем происходят возмущения. Каждый человек обладает своим электрическим и магнитным полями. Именно на эти поля влияют возникающие возмущения. Это чувствуют люди всей планеты, особенно имеющие слабое здоровье. Люди с крепким здоровьем не замечают такого воздействия. Во время атаки заряженных частиц у чувствительных людей может болеть голова. Но именно солнечный ветер является необходимым фактором для возникновения полярных сияний.

Отношение народов к природному явлению

Обычно местные жители связывали полярное сияние с чем-то не очень добрым. Возможно, потому что плохо сказываются на самочувствии людей. Само же по себе сияние не несет никакой опасности.

Жители более южных областей, не привыкшие к подобным явлениям, чувствовали нечто таинственное при возникновении светлых вспышек на небе.

В настоящее время жители умеренных и более южных широт стремятся увидеть это чудо природы. Туристы едут на Север или к Южному полярному кругу. Они не ждут, когда явление можно будет наблюдать на родной широте.

Полярное сияние - чарующее природное явление. Оно необычно для жителей теплых регионов и привычно для населения тундры. Часто случается, что для того, чтобы узнать нечто новое, необходимо отправиться в путешествие.

ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ , поразительное явление свечения, наблюдаемое на небе, чаще всего в полярных областях. В Северном полушарии его называют также северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария – южным. Предполагается, что этот феномен существует также и в атмосферах других планет, например Венеры. Природа и происхождение полярных сияний – предмет интенсивных исследований, и в этой связи были разработаны многочисленные теории.

Явление свечения, до некоторой степени близкое полярным сияниям, называемое «свечением ночного неба», можно наблюдать при помощи специальных приборов на любой широте.

Формы полярных сияний . В последние годы полярные сияния наблюдались визуально и фотографировались, в частности с применением прибора нового типа, называемого «аппаратом кругового обзора». Полярные сияния имеют весьма разнообразные формы, включая проблески, пятна, однородные дуги и полосы, пульсирующие дуги и поверхности, всполохи, лучи, лучистые дуги, драпри и короны. Свечение, как правило, начинается в виде сплошной дуги, которая является одной из самых обычных форм и не имеет лучистой структуры. Яркость может быть довольно постоянной во времени или же пульсировать с периодом менее минуты. Если яркость сияния увеличивается, однородная форма часто распадается на лучи, лучистые дуги, драпри или короны, в которых лучи как бы сходятся к вершине. Всполохи в форме быстро движущиеся вверх волн света часто венчаются короной. Высотное и широтное распространение . Расчеты, выполненные на основе множества фотонаблюдений на Аляске, в Канаде и особенно в Норвегии, показывают, что ок. 94% полярных сияний приурочено к высотам от 90 до 130 км над земной поверхностью, хотя для разных форм полярных сияний характерно свое собственное высотное положение. Максимальная до сих пор зарегистрированная высота появления полярного сияния – ок. 1130 км, минимальная – 60 км.

Герман Фриц и Гарри Вестайн на основе большого числа наблюдений в Арктике установили географические закономерности встречаемости полярных сияний, охарактеризовали их относительную частоту в каждой конкретной точке как среднее за год количество суток их появления. Линии равной частоты возникновения полярных сияний (изохазмы) имеют форму несколько деформированных окружностей с центром, примерно совпадающим с Северным магнитным полюсом Земли, находящимся в районе Туле в северной Гренландии (

см . рис. ). Изохазма максимальных частот проходит через Аляску, Большое Медвежье озеро, пересекает Гудзонов залив, южную часть Гренландии и Исландию, север Норвегии и Сибири. Аналогичная изохазма максимальных частот полярных сияний для Антарктического региона была выявлена во время исследований, проводившихся в рамках Международного геофизического года (МГГ, июль 1957 – декабрь 1958). Эти пояса максимальной частоты полярных сияний, представляющие собой почти правильные кольца, называются северной и южной зонами полярных сияний. Наблюдения во время МГГ подтвердили, что полярные сияния появляются почти одновременно в обеих зонах. Некоторые исследователи высказывали предположение о существовании спиралевидной или двойной кольцевой зоны полярных сияний, не получившее, однако, подтверждения. Полярные сияния могут проявляться и вне упомянутых зон (см. ниже ). Исторические материалы свидетельствуют о том, что полярные сияния иногда отмечались даже на весьма низких широтах, например, на п-ове Индостан. Активность полярных сияний и связанные с ними явления . Полярные сияния исследуются с помощью радиолокаторов. Радиоволны с частотами от 10 до 100 МГц при определенных условиях отражаются областями ионизации, которые возникают в высоких слоях атмосферы под воздействием полярных сияний. При использовании высокочастотных радиосигналов и антенн дальнего действия можно получать отраженные волны на частотах до 800 МГц. Радиолокационным методом ионизация обнаруживается даже днем при солнечном освещении, а также фиксируются очень быстрые перемещения полярных сияний. Результаты фото- и радиолокационных наблюдений свидетельствуют, что активность полярных сияний подвержена как суточным, так и сезонным изменениям. Максимальная активность в течение суток отмечается ок. 23 ч, сезонный же пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним временные интервалы (март – апрель и сентябрь – октябрь). Эти пики активности полярных сияний повторяются через относительно правильные промежутки, а продолжительность основных циклов составляет примерно 27 дней и ок. 11 лет. Все эти цифры показывают, что существует корреляция между полярными сияниями и изменениями магнитного поля Земли, поскольку пики их активности совпадают, т.е. полярные сияния обычно возникают в периоды высокой активности магнитного поля, которые называются «возмущениями» и «магнитными бурями». Именно во время сильных магнитных бурь полярные сияния прослеживаются в более низких, чем обычно, широтах.

Пульсирующие полярные сияния обычно сопровождаются пульсациями магнитного поля и очень редко – слабыми свистящими звуками. Они, по-видимому, также генерируют радиоволны с частотой 3000 МГц. Ионосферные наблюдения в радиоволновом диапазоне показывают, что на высотах 80–150 км во время полярных сияний повышается ионизация. Наблюдения, проводимые при помощи геофизических ракет, указывают, что плотные ядра повышенной ионизации вдоль силовых линий магнитного поля связаны с полярными сияниями, а при интенсивных полярных сияниях температура верхних слоев атмосферы возрастает.

Интенсивность свечения и цвет . Интенсивность свечения полярных сияний обычно оценивается визуально и выражается в баллах по принятой международной шкале. Слабые полярные сияния, по интенсивности свечения приблизительно соответствующие Млечному Пути, оцениваются в I балл. Полярные сияния с интенсивностью, аналогичной лунной совещенности тонких перистых облаков – в II балла, а кучевых облаков – в III балла, свету полной Луны – в IV балла. Так, например, интенсивность в III балла, исходящая от дуги полярного сияния, соответствует свету нескольких микросвечей на 1 кв. см. Объективным методом определения интенсивности свечения полярного сияния является измерение суммарной освещенности с помощью фотоэлементов. Установлено, что соотношение интенсивности самых ярких к самым слабым полярным сияниям составляет 1000:1.

Полярные сияния интенсивностью свечения в I, II и III (близ нижней границы) балла не кажутся разноцветными, так как интенсивность отдельных цветов в них ниже порога восприятия. Полярные сияния с интенсивностью свечения в IV и III (у верхней границы) балла кажутся цветными, как правило желтовато-зелеными, иногда – фиолетовыми и красными. С тех пор как в 1867 Андерс Ангстрем впервые направил спектроскоп на полярные сияния, в них было обнаружено и исследовано большое число спектральных линий и полос. Основная часть излучения испускается азотом и кислородом, главными компонентами высоких слоев атмосферы. Атомарный кислород обычно придает полярным сияниям желтоватые тона, иногда окраска вообще отсутствует, в спектре появляется зеленая линия с длиной волны 5577

, а также бывают красные лучистые полярные сияния с длиной волны 6300 (тип А). Сильное излучение молекулярного азота на волнах 4278 и 3914 наблюдается в красных и фиолетовых полярных сияниях в нижней части дуг или драпри (тип В). В некоторых формах полярных сияний обнаружено излучение водорода, что важно для понимания природы полярных сияний, так как эта эмиссия указывает на поступление потока протонов. Теории происхождения полярных сияний . Как упоминалось выше, уже давно было известно, что проявления полярных сияний и возмущения магнитного поля Земли, или магнитные бури, имеют некоторые важные общие характеристики. Поэтому любая теория, предлагаемая для объяснения одного из этих явлений, должна объяснять и другое.

Частота проявления возмущений магнитного поля Земли и полярных сияний с периодом 27 дней и 11-летний цикл указывают на связь этих явлений с солнечной деятельностью, поскольку период вращения Солнца составляет ок. 27 суток, а солнечная активность подвержена колебаниям циклического характера со средним периодом ок. 11 лет. Тот факт, что как полярные сияния, так и возмущения магнитного поля Земли концентрируются в одних и тех же поясах, приводит к выводу, что те и другие вызваны воздействием движущихся с высокой скоростью электрически заряженных частиц (протонов и электронов), испускаемых активными областями на Солнце (вспышками) и проникающих в зоны полярных сияний под воздействием магнитного поля Земли

КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ) .

Эта идея была выдвинута Ойгеном Гольдштайном еще в 1881 и получила подтверждение в результате лабораторных экспериментов, впервые проведенных Кристианом Биркеланном. Он поместил внутрь катодной трубки железный шар, названный им «терреллой», который является моделью Земли и представляет собой электромагнит, покрытый оболочкой, фосфоресцирующей под действием катодных лучей. Когда Биркеланн подвергал шар действию катодных лучей, испускаемых непосредственно в камере, они падали на поверхность шара вокруг магнитных полюсов, образуя пояса свечения, подобные поясам полярных сияний.

Позднее математическая разработка этой проблемы была реализована Карлом Фредериком Стёрмером. Она получила известность как теория Биркеланна – Стёрмера, однако содержала в своей основе допущение, что от Солнца исходит поток частиц с одинаковыми электрическими зарядами. Правомерность этого допущения весьма спорна, так как такой поток частиц не мог бы приблизиться к Земле из-за электростатического отталкивания между одноименно заряженными частицами.

Фредерик А.Линдеман предположил в 1919, что поток заряженных частиц в целом электрически нейтрален, так как состоит из одинакового количества положительных и отрицательных зарядов. Эта идея была развита Сидни Чепменом и Винсентом С.А.Ферраро и несколько модифицирована Дэвидом Ф.Мартином. Тем не менее и эта теория тоже вызывает сомнения. Она предполагает существование вакуума в экзосфере и за пределами атмосферы, однако недавние наблюдения в этих областях пространства указывают на наличие заряженных частиц.

Некоторыми исследователями была выдвинута гипотеза, согласно которой облако солнечного газа (плазмы), которое, вероятно, состоит из электронов и протонов, может приближаться к нашей планете на расстояние около шести земных радиусов от центра Земли. При воздействии плазмы на магнитное поле Земли возникают магнитогидродинамические волны. Эти волны и ускоренные заряженные частицы, движущиеся вдоль геомагнитных силовых линий, вызывают магнитные бури. Ускоренные частицы проникают до высоты ок. 95 км в зоны полярных сияний, образуя плотные ядра ионизации вдоль геомагнитных силовых линий и вызывая электромагнитную эмиссию полярных сияний в результате взаимодействия с основными компонентами верхних слоев атмосферы – кислородом и водородом.

Тороидальная область распространения заряженных частиц, окружающая Землю (т.н. радиационный пояс Ван Аллена), также может играть важную роль, особенно в качестве причины возникновения возмущений геомагнитного поля и связанных с ними полярных сияний. Ультрафиолетовое излучение Солнца, метеоры и ветры в высоких слоях атмосферы рассматривались в качестве возможных причин образования полярных сияний. Тем не менее ни одно из названных явлений не может быть первичной причиной, так как магнитуды их изменений недостаточно велики, чтобы объяснить основные характеристики полярных сияний. Необходимо проводить дальнейшие наблюдения в высоких слоях атмосферы Земли и за ее пределами с применением ракет и искусственных спутников, изучать радиоизлучение, а также рентгеновское излучение Солнца и поведение высокоэнергетических частиц в стратосфере – с помощью метеозондов во время магнитных бурь и при появлении полярных сияний.

Искусственные «полярные сияния» . Свечения, подобные полярным сияниям, возникали в результате ядерных взрывов в высоких слоях атмосферы, проводившихся министерством обороны США во время МГГ. Эти эксперименты были важны для изучения радиационного пояса Ван Аллена и природы естественных полярных сияний. Такого рода сияния наблюдались в районе островов Мауи (Гавайские о-ва) и Апиа (о-ва Самоа) вскоре после ядерных взрывов «Тик» и «Ориндж», которые проводились на высотах ок. 70 и 40 км над атоллом Джонстон в центральной части Тихого океана 1 и 12 августа 1958. Свечение, видимое над Апиа 1 августа, состояло из дуги малинового цвета и лучей, которые сначала были фиолетовыми, затем красными и постепенно переходили в зеленые. Другие искусственно вызванные сияния, связанные со взрывами «Аргус I, II и III», проведенными на высоте ок. 480 км 27 и 30 августа и 6 сентября 1958, наблюдались в районе взрывов в южной части Атлантического океана. Цвет их был красным с примесью желтовато-зеленого. Во время взрыва «Аргус III» красное искусственное сияние наблюдалось также около Азорских о-вов, на противоположном от места взрыва конце соответствующих силовых линий магнитного поля Земли (т.е. на территории, геомагнитно сопряженной с данной).

Эти наблюдения ясно показывают, что искусственные сияния в районе взрыва и на геомагнитно сопряженной с ним территории были вызваны такими высокоэнергетическими частицами, как электроны, образовавшиеся в результате

b -распада при ядерном взрыве. Иными словами, частицы с высокой энергией, образовавшиеся в результате взрыва, двигались вдоль силовых линий геомагнитного поля, формируя искусственные радиационные пояса Ван Аллена, и привели к образованию «полярных сияний» на обоих концах силовых линий. Судя по высоте появления и цветовой гамме этих сияний, можно предположить, что причиной их возникновения является возбуждение атмосферного кислорода и азота в результате соударений с заряженными частицами, обладающими высокой энергией, что имеет большое сходство с механизмом образования естественных полярных сияний.

С упомянутыми взрывами в высоких слоях атмосферы, особенно с экспериментами «Тик» и «Ориндж», были связаны также существенные возмущения магнитного поля Земли и ионосферы. Таким образом, в результате проведенных экспериментов была получена важная информация о естественных полярных сияниях и связанных с ними явлениях.

Существует еще один антропогенный феномен свечения высоких слоев атмосферы, обусловленный выбросами ракетами газообразного натрия или калия. Это явление можно назвать искусственным свечением в отличие от искусственного полярного сияния, так как его причины близки к тем, которые вызывают естественное свечение воздуха.

ЛИТЕРАТУРА Исаев С. И., Пушков Н. В. Полярные сияния . М., 1958
Омхольт А. Полярные сияния . М., 1974
Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной . М., 1980

Полярное сияние - свечение верхних разреженных слоев атмосферы, вызванное взаимодействием атомов 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 (кислородом и азотом) приводят к возбуждению последних, т.е. к переходу в состояние с более высокой энергией.

Возврат в начальное, равновесное состояние происходит путём излучения квантов света характерных длин волн, т.е. полярного сияния. Наблюдается в основном в высоких широтах обоих полушарий в овальных поясах (авроральных овалах), которые окружают магнитные полюса Земли, в широтах 67-70 градусов. Во времена высокой солнечной активности границы полярного сияния расширяются до более низких широт - на 20-25 градусов южнее или севернее.

Полярные сияния чаще всего можно наблюдать зимой. Видимо, это мнение сложилось от того, что полярные сияния в России очень часто называют "северными сияниями" (по названию полушария, где его наблюдают), а север у нас ассоциируется с морозом, снегом и, соответственно, зимой. На самом деле, полярные сияния чаще всего происходят весной и осенью, в периоды, приближённые к весеннему и осеннему равноденствия и повторяются в виде циклов, чья продолжительность составляет примерно 27 дней и 11 лет.

Полярное сияние рождается вследствие солнечных возмущений. Это подтверждает циклическая природа полярных сияний, совпадающая по своим высшим пикам с 27-суточным вращением Солнца и 11-годичными колебаниями солнечной активности, и их концентрация в зоне возмущений магнитных полей Земли.

Полярное сияние - это просто свет в небе. При этом его сопровождает огромное количество энергии, которое выделяется за сравнительно короткий промежуток времени. Сила излучения порой может равняться 5-6 бальному землетрясению. Пульсирующие полярные сияния могут сопровождаться ещё и слабо свистящими звуками или лёгким треском.

Формы полярных сияний различны. Полярные сияния наблюдаются в различных видах и формах: пятнах, однородных дугах и полосках, пульсирующих дугах и поверхностях, проблесках, всполохах, лучах и лучистых дугах, коронах. Свечение полярного сияния обычно начинается со сплошной дуги, самой распространённой формы полярного сияния, и в случае увеличения яркости может приобретать остальные, более сложные формы.

Цвет полярного сияния зависит от его интенсивности. Интенсивность свечения полярного сияния определяется по принятой международной шкале в пределах I-IV баллов. Сияния с низкой интенсивностью свечения (от I до III баллов) не кажутся человеческому глазу разноцветными, так как цветовая интенсивность в них ниже порога нашего восприятия. Полярные сияния с интенсивностью в IV балла и III (у верхней границы) воспринимаются как цветные - чаще как жёлто-зелёные, реже - красные и фиолетовые. Интересно, что большая часть излучения испускается главными составляющими высоких слоёв земной атмосферы - атомарным кислородом, который окрашивает полярные сияния в желтоватые тона, придаёт им красноватую лучистость или вносит в общий спектр зелёную линию и молекулярным азотом, отвечающим за основной красный и фиолетовый цвета одного из прекраснейших небесных явлений.

Сквозь полярное сияние можно видеть звёзды. Так как толщина полярного сияния всего несколько сот километров.

Полярное сияние видно из космоса. И не просто видно, а видно гораздо лучше, чем с поверхности Земли, так как в космосе наблюдать полярное сияние не мешает ни солнце, ни облака, ни искажающее влияние нижних плотных слоёв атмосферы. По словам космонавтом, с орбиты МКС полярные сияния выглядят как огромные зелёные постоянно движущиеся амёбы.

Полярное сияние может длиться сутками. А может и всего несколько десятков минут.

Полярное сияние можно наблюдать не только на Земле. Считается, это атмосферы других планет (например, Венеры) также имеют возможность порождать полярные сияния. Природа полярных сияний на Юпитере и Сатурне по последним научным данным сходна с природой их земных собратьев.

Полярное сияние можно вызвать искусственно. Например, с помощью ядерного взрыва в высоких слоях атмосферы. Что и было как-то сделано министерством обороны США. Американским военным удалось добиться сияния из дуги малинового цвета и плавно переходящих с красного через фиолетовый до зелёного лучей. Исходя из цветовой палитры искусственных полярных сияний родилась теория о том, что причина их возникновения кроется в возбуждении содержащегося в атмосфера кислорода и азота и их столкновении с заряженными частицами, высвобождёнными в результате ядерного взрыва.

Полярное сияние может вызываться ракетными выбросами. Однако явление это принято называть искусственным свечением, так как причины его возникновения близки к тем, которые вызывают естественное свечение воздуха.