Одно из проявлений солнечно-земных связей – полярные сияния. Это единственное видимое проявление взаимодействия заряженных частит с верхней атмосферой и ионосферой. Явление это очень разнообразно как по форме областей свечения, так и по их яркости, цвету, подвижности и продолжительности.
Все фотографии взяты из открытых источников интернет (яндекс-фото)
Все сияния по их структуре разбивают на два класса: лучистые и однородные.
Первый класс включает формы, состоящие из отдельных лучей, совпадающих с геомагнитными силовыми линиями, второй класс – формы, представляющие собой однородное диффузное свечение. Сияние с лучевой структурой обычно очень подвижны, однородные формы –спокойные.
Полярные сияния тесно связанны с ионосферными и геомагнитными возмущениями. Их исследования позволяют получить косвенные сведения о различных параметрах магнитосферы и заряженных частиц в ней. Продолжительность существования отдельных форм сияний меняется от нескольких секунд (лучистые формы) до нескольких часов (однородные формы).
Размеры полярных сияний
Толщина (ширина) дуг заключена в интервале 1,5-23 км со средним значением 10 км; с ростом геомагнитной возмущенности толщина дуг растет. Толщина лучей составляет всего несколько сотен метров. Вертикальная протяженность у однородных дуг составляет порядка 30 км, у лучистых 40 км, отдельных лучей 100 и более км. Когда говорят о высоте полярного сияния, то обычно имеют в виду нижнюю граничу свечения.
На небе одновременно может находиться несколько дуг полярных сияний. Минимальное наблюдавшееся между ними расстояние 10 км, максимальное 200 км, но чаше всего 30-40 км.
Неоднократно наблюдались дуги охватывающие по долготе 180 градусов т.е. простирающиеся на 7 т.км. Эта величина по-видимому, не может считаться предельной т.к. дуги с протяженностью более 180 градусов мало изучены.
Видимые полярные сияния
Полярные сияния становятся видимы невооруженным глазом, когда их яркость начинает превышать свечение ночного неба. Наиболее яркие сияния в 1000 раз превосходят по яркости свечение ночного неба. Международная четырехбальная шкала яркости основана на асолютной интенсивности эмиссии 5577А. За единицу измерений яркости принят релей, интенсивность свечения в один релей соотсветствет эмиссии 10 в 6-й степене квантов, испускаемых в 1 сек в столбе атмосферы сечением 1 см2.
На графике приведены обобщенные спектры высыпающих электронов по данным ракет и спутников отдельно для высоких и средних широт. В обоих случаях электроны с Е=1/10 кэв несут основную энергию потока, однако на авроральых широтах их интенсивность значительно выше. Именно эти электроны наиболее эффективны в образовании полярных сияний и в ионизации на высотах слоя Е.
Область наблюдения полярных сияний
Область пространства, в которой полярные сияния могут наблюдаться в данный фиксированный момент времени, представляет собой неправильное кольцо, ассиметричное относительно геомагнитного полюса: на ночной стороне Земли кольцо проходит над широтами Ф 67-68, на дневной над Ф 75-77 градусов Радиус кольца 18-19 градусов широты.
Вероятность появления сияний в различное местное время вдоль всего кольца почти постоянна и в максимуме равна 0,8 (незначительно уменьшается к дневному меридиану).
Область широт, лежащую внутри кольца сияний называют «полярной шапкой». Вероятность появления сияний в полярной шапке не превышает 0,2. Обычно это слабое диффузное свечение или слабые, короткие и короткоживущие однородные дуги. Возникают и развиваются они обособленно от сияний полярного овала.
На рисунке приведено типичное распределение форм сияний в полярном овале и полярной шапке в период умеренной суббури. В спокойное время сияния совсем не исчезают, но от всей этой картины может остаться одна тоненькая дуга на ночном участке овала и обычно группы разрозненных лучей –на дневном.
Высота полярных сияний
Высота сияний меняется вдоль овала: наиболее вероятные значения высот равны 100, 125 и 150 км на ночном, вечернем и дневном участках соответственно. Относительно высоты утреннего участка точных данных пока нет; есть основания полагать, что они даже меньше чем ночью.
На Ри 62 А изображено пространственное положение полярного овала. Рисунок дан для зимнего полушария, географическая ось совмещена с геомагнитной. Вероятность появления такого светящегося кольца равна 0,8. Яркость сияний на дневном участке овала всегда меньше, это, по-видимому, обусловлено их большей высотой – свечение здесь возникает в менее плотных слоях атмосферы.
Протонное сияние
Все вышесказанное относится к электронным сияниям. Относительно протонных сияний сведений гораздо меньше. Можно лишь сказать, что они также располагаются в асимметричном кольце, но оно несколько смещено относительно кольца электронных сияний: в вечерние часы протонные сияния располагаются на более низких широтах, утренние – на более высоких. В районе полуночных часов происходит как бы перекрещивание этих двух колец.
Наиболее активные и яркие проявления полярных сияний возникают в полуночном секторе аврорального пояса. Система этих проявлений в целом подвержена повторяющимся крупномасшатбным расширениям и сокращениям, которые могут выходить за пределы поля зрения одиночной станции. Такие случаи крупномасштабной авроральной активности, возникающие в ходе развития единого явления, были названы авроральными суббурями.
С авроральными суббурями тесно связаны магнитные возмущения. Авроральные суббури часто появляются на стадии развития главной фазы бури, а не во время спокойной начальной фазы. В период больших главных фаз геомагнитных бурь наблюдается значительно смещение авроральных дуг к экватору.
Невидимые глазом полярные сияния
Помимо обычных полярных сияний, открыты не обнаруживаемые визуально полярные сияния других типов – субавроральные красные дуги и свечение в области полярных шапок. Устойчивые красные дуги (6300 А), не обнаружимые визуально, появляются в зоне средних широт в периоды геомагнитных бурь. Дуги располагаются в области F ионосферы, имеют протяженность по широте порядка 500 км и образуют магнитно-сопряженные полосы, по крайней мере для ночной половины Земли. Интенсивность дуг с ростом геомагнитной активности увеличивается.
Наблюдение эмиссии кислородной линии 6300А в врехней атмосфере Земли (более 200км) во время геомагнитных возмущений показали, что эмиссия в линии 6300А и потока солнечного радиоизлучения I 10,7 на длинне волны 10,7 см.
Свечение в области полярных шапок наблюдается в тесной связи с поглощением в полярных шапках. Эта форма полярного сияния обычно представляет собой интенсивное свечение, охватывающее всю полярную шапку; интенсивность свечения меняется в соответствии с изменениями потока солнечных космических лучей. Полярные сияния этого типа возникают на высотах 60-100 км, для их спектра характерно излучение в полосах молекулярного азота, блендируемое слабым водородным излучением с широким доплеровским профилем линии. Эти особенности показывают, что свечение в области полярных шапок обусловлено в первую очередь протонами солнечных космических лучей с энергией 1-10 Мэв.
Ставьте лайк, подписывайтесь на канал "Прогулки в стратосфере"
