к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Полярные сияния

Полярные сияния - свечение верхних слоев атмосферы, вызванное возбуждением атомов и молекул на высотах 90-1000 км потоками электронов и протонов с энергиями от сотен эВ до десятков кэВ, вторгающихся в атмосферу из космоса. В видимой области спектра оно наблюдалось на протяжении веков, с появлением же спутников и ракет наблюдения П. с. расширились в ИК-, УФ- и рентгеновскую области спектра. П. с.- конечный результат сложных процессов в околоземном пространстве, где происходит ускорение заряж. частиц, к-рые обычно называют авроральной радиацией или авроральными частицами . Соударения энергичных частиц с атомами и молекулами газов верхней атмосферы приводит к возбуждению последних. Возврат в равновесное состояние сопровождается излучением квантов характерных длин волн, т. е. появляется П. с. Спектроскопич. измерения позволяют судить о величине энергии вторгающихся частиц, т.к. эфф. сечения возбуждения эмиссий по-разному зависят от энергии частиц, а эффективность гашения зависит от частоты соударений, т. е. от высоты. Кроме того, глубина проникновения корпускул в атмосферу непосредственно связана с их энергией. Особенности спектра дают сведения о температуре слоев атмосферы, к-рые пересекают корпускулы, их плотности и составе, степени ионизации и ветрах на этих высотах. Однородное высыпание авроральной радиации в верхнюю атмосферу вызывает диффузное свечение, к-рое несёт осн. долю энергии, поглощаемой верхней атмосферой, и создаёт однородный светящийся фон. На этом фоне возникают яркие разноцветные подвижные и вспыхивающие занавеси и лучи, дуги, полосы и пятна, к-рые обычно и наз. П. с. Эти дискретные формы свечения интенсивностью от 1 до десятков кРэлей вызываются концентриров. вторжениями пучков электронов, ускоренных к Земле электрич. полем вдоль магн. силовых линий. Исследования П. с. показали, что частота их появления и интенсивность, особенно в ср. широтах, явно коррелируют с активностью Солнца.

4008-236.jpg


П. с. характеризуются в каждый данный момент разнообразием и причудливостью форм, к-рые в первом приближении можно подразделить на ряд элементарных форм: малоподвижные однородные дуги и полосы в виде длинных лент (рис. 1, а), протянувшихся по небосводу на сотни и иногда тысячи км; лучистые формы со значит. вертикальной протяжённостью в виде отд. лучей, пучков лучей или целых занавесей (рис. 1, б, в); "корона", лучи к-рой вытянуты вдоль силовых линий геомагн. поля и поэтому сходятся в перспективе в т. н. точке магн. зенита (рис. 1, г); диффузное свечение в виде пятен (рис. 1, д)или однородной поверхности - т. н. вуаль. Если П. с. слабое, оно воспринимается человеческим глазом как серо-зеленоватое, если яркое,- наблюдается игра красок и оттенков красного, зелёного, пурпурного и фиолетового-цветов.

Кол-во дней с П. с. увеличивается при переходе от средних к высоким широтам. В ср. широтах П. с. появляются только в периоды магн. бурь. Макс. число дней с П. с. достигается на геомагн. широте4008-237.jpg в более высоких широтах - значительно меньше. Т. о., макс. изохазма (линия на поверхности Земли, вдоль к-рой П. с. наблюдаются каждый день) располагается над центральной Аляской, сибирским побережьем Сев. Ледовитого ок., пересекает полуостров Таймыр, северную оконечность Скандинавии, юг Исландии и южную оконечность Гудзонова залива в Канаде. Согласно наблюдениям с помощью ав-томатич. камер, дискретные формы П. с. существуют практически постоянно вдоль овалов П. с., к-рые по одному в Северном н Южном полушариях фиксированы относительно направления на Солнце и как бы "висят" в пространстве над вращающейся Землёй, располагаясь эксцентрично геомагн. полюсу - на4008-238.jpgв дневном секторе и4008-239.jpg в ночном (рис. 2), постепенно изменяя шпроту в утреннем и вечернем секторах. С высот4008-240.jpg10000 км со спутников получены фотографии области свечения П. с. во всей области высоких широт (рис. 3).


4008-241.jpg

Рис. 2. Овалы полярных сияний над поверхностью Земли: а - в виде узкого кольца в магнитоспокойные периоды и б - в виде заштрихованной области в магнитовозмущённые периоды. Цифрами указаны высоты овала над поверхностью Земли.

4008-242.jpg

Рис. 3. Фотография овала полярных сияний в Северном полушарии (крестиком обозначен геомагнитный полюс).


Овал располагается в пределах полосы диффузного аврорального свечения, охватывающей также область широт к полюсу и к экватору от овала. Это слабое субвизуальное (ниже порога чувствительности глаза) свечение с интенсивностью 4008-243.jpg10 Рэлеев.


В магнитоспокойные интервалы овал П. с. очень узок; во время магн. возмущений он существенно расширяется, особенно на ночной стороне. Полярное диффузное свечение распространяется далеко к полюсу от овалов в магнитоспокойные интервалы, но прижимается к овалу в виде узкой полосы во время возмущений. В спокойные периоды в т. н. полярной шапке появляются ориентированные на Солнце дуги полярных сияний. Диффузное субвизуальное авроральное свечение распространяется и к экватору от овала.

Исследование спектра П. с. показало, что он состоит как из атомарных эмиссий, так и из систем полос нейтрального и ионизированного молекулярного азота и кислорода. Наиб. интенсивны эмиссии атомарного кислорода с длинами волн l = 557,7 нм (зелёная линия) и l = 630-636,4 нм (красный дублет) ионизированного молекулярного азота в эмиссиях 391,4; 427,8 и 522,8 нм (ближняя УФ-; фиолетовая и зелёная части спектра). Эмиссии кислорода соответствуют метастабильным состояниям со временем жизни соответствующих возбуждённых атомов 0,74 и 110 с. Поэтому красный дублет возбуждается только на высотах 150-400 км, где замедленно протекают процессы дезактивации возбуждённых атомов кислорода. В высотных П. с. (т. н. тип А) этот дублет доминирует. П. с. на сравнительно небольших высотах (80-90 км), где из-за гашения интенсивности зелёной и красной линий понижены, с развитыми системами молекулярных полос относятся к типу В. Дневной и ночной участки овала П. с. располагаются на разных высотах над поверхностью Земли - 150- 170 км днём и 100-120 км ночью. Это объясняет преобладание атомарных эмиссий в дневном секторе овала и появление полос молекулярных эмиссий заметной интенсивности в ночном.

Вторжения ионов водорода приводят к появлению в спектре П. с. эмиссий Балъмера серии. Наиб. интенсивна (до кРэлея) линия 4008-244.jpg с l = 656,3 нм. Протоны, двигающиеся к Земле вдоль магн. силовых линий, нейтрализуются в результате процессов перезарядки уже на высотах в сотни км и движутся дальше как нейтральные атомы водорода. Возбуждаясь при столкновениях, эти атомы затем излучают, причём линии их спектра оказываются сдвинутыми по длине волны в результате Доплера эффекта .По сдвигу линии можно определить направление движения атомов и их энергию. Излучение сосредоточено на высотах более 130 км и обусловлено вторжением протонов с энергиями 1- 100 кэВ. В вечернем секторе оно располагается к экватору от овала в виде слабой светящейся полосы протяжённостью в неск. сотен км по широте. В П. с. наб- людаются также спектральные линии гелия. Эмиссия Не с l = 388,9 нм является характерной особенностью П. с. в полярной шапке.

Спектр П. с. меняется с широтой. В ср. широтах обыч- но преобладают красные сияния типа А, на широтах зоны П. с. в ночные часы - обычный (смешанный) тип, а также сияния типа В, в полярной шапке - сияния типа А. В приполюсной области после интенсивных хромо-сферных вспышек на Солнце возникает равномерное "свечение полярной шапки" в полосах нейтрального и ионизиров. азота, к-рое обусловлено непосредств. вхождением в атмосферу солнечных протонов с энергией 1 - 100 МэВ, проникающих до высот 20-100 км.

4008-245.jpg

Рис. 4. а - Структурная схема основных плазменных доменов в магнитосфере Земли, к-рая рассечена вертикальной плоскостью полдень - полночь и экваториальной плоскостью утро - вечер, а также плоскостью поперёк хвоста магнитосферы.

Планетарная картина распределения аврорального свечения связана со структурой магнитосферы, с геометрией геомагн. поля и распределением в магнитосфере авроральной плазмы. Асимметричное расположение овала П. с. относительно геомагн. полюса обусловлено сжатием магнитосферы солнечным ветром на дневной стороне и образованием магн. хвоста на ночной. На рис. 4 приведены структурная схема расположения плазменных доменов в магнитосфере (рис. 4, а) и связь их с разл. типами аврорального свечения на высотах земной атмосферы (рис. 4, б). Для выявления внутр. структуры магнитосфера рассечена вертикальной плоскостью полдень - полночь и экваториальной плоскостью утро - вечер, а также плоскостью поперёк хвоста магнитосферы. На рис. 4(б) обозначены типы аврорального свечения цифрами 1-3 на ночной стороне и цифрами 4, 5 на дневной стороне. Эти же цифры даны на сечении магнитосферы.

Рис 4. б - Типы аврорального свечения на высотах верхней атмосферы в увеличенном масштабе. На ночной стороне:

1 - приполюсное диффузное свечение, 2 - овал полярных сияний, 3 - экваториальное диффузное свечение. На дневной стороне: 4 - овал полярных сияний, 5 - приполюсное диффузное свечение, 6 - полярная шапка.

4008-246.jpg


Показано, на какие структурные плазменные образования в магнитосфере проектируются разл. типы аврорального свечения. Овал П. с. 2 и 4 проектируется на низкоширотную (главную, центральную) часть плазменного слоя на ночной стороне Земли и на входной слой вблизи границы магнитосферы на дневной стороне. Экваториальное диффузное свечение 3 проецируется в магнитосферу на остаточный слой, в к-рый авроральные электроны с4008-247.jpg< 1 кэВ переносятся из плазменного слоя под действием скрещённых электрич. и магн. полей. Полярное диффузное свечение 1 и 5 проектируется на высокоширотную граничную область плазменного слоя. Дуги полярной шапки 6, ориентированные на Солнце, погружены в полярное диффузное свечение и, следовательно, проектируются на расширенный (в спокойных условиях) плазменный слой хвоста либо на расширенный пограничный слой (мантию). В дневном секторе диффузное свечение 5 к полюсу от овала проектируется на плазменную мантию и воронку каспа. Оно обусловлено вторжением частиц небольших энергий, непосредственно проникающих в эту область из солнечного ветра.

Планетарная картина развития П. с. может быть разделена на отд. серии интенсивных вспышек свечения, начинающихся на ночной стороне и постепенно охватывающих всю область высоких широт. Продолжительность их от неск. мин до десятков мин с общей длительностью серии до 1-2 ч (т. н. авроральная суббуря). Авроральная суббуря является частью суббури в магнитосфере, связанной с увеличением втекающего в магнитосферу потока энергии из солнечного ветра и частичной диссипацией энергии магн. поля, запасённой в хвосте магнитосферы. В период суббурь в верхней атмосфере при торможении авроральных электронов образуются интенсивные потоки рентг. лучей, к-рые являются более проникающими, чем авроральные электроны. Они достигают высот 30-40 км, где их можно зарегистрировать аппаратурой на высотных аэростатах. При быстрых сверхзвуковых движениях П. с. и связанных с ними мощных ионосферных токах возникают инфразвуковые волны с периодами от 10 до 100 с, достигающие нижних слоев атмосферы.

Телевизионная техника позволила установить сопряжённость П. с. в двух полушариях, исследовать быстрые изменения и тонкую структуру П. с. Наряду с изучением естеств. П. с. были поставлены эксперименты по созданию искусств. П. с., во время к-рых с ракеты на высоте неск. сотен км инжектировался в атмосферу пучок электронов высоких энергий. Измерения интенсивности отд. эмиссий и фотографирование П. с. из космоса проводятся со спутников как на полярных круговых орбитах с высот4008-248.jpg400-1000 км, так и на эксцентричных орбитах с апогеем4008-249.jpg км. Использование свечения в крайнем ультрафиолете, излучаемого на высотах4008-250.jpg110 км, позволяет вести наблюдения П. с. также и в областях атмосферы, освещённых прямыми солнечными лучами. Т. о., со спутников осуществляется непрерывная регистрация свечения верхней атмосферы, его распределения в области высоких широт и интенсивности. Результаты используются для диагностики эл--магн. состояния ближнего космоса.

Литература по полярным сияниям

  1. Чемберлен Дж., Физика полярных сияний и излучения атмосферы, пер. с англ., М., 1963;
  2. Акасофу С-И., Полярные и магнитосферные суббури, пер. с англ., М., 1971;
  3. Исаев С. И., Пудовкин М. И., Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли, Л., 1972;
  4. Омхольт А., Полярные сияния, пер. с англ., М., 1974;
  5. Полярная верхняя атмосфера, под ред. Ч. Дира, Я. Холтета, пер. с англ., М., 1983;
  6. The solar wind and the Earth, ed. by S. - I. Akasofu, G. Kamide, Tokyo, 1987;
  7. Лайонс Л., Уильяме Д., Физика магнитосферы, пер. с англ., М., 1987.

Я. И. Фельдштейн

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 10.07.2020 - 23:52: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
10.07.2020 - 23:50: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Кирилла Мямлина - Карим_Хайдаров.
10.07.2020 - 16:28: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
10.07.2020 - 16:26: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 12:56: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 12:53: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 09:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Алексеевича Гундарова - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 07:13: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 07:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
09.07.2020 - 05:55: Беседка - Chatter -> Записки неверующего - Виктор_Белов.
08.07.2020 - 13:02: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
07.07.2020 - 10:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэвида Айка - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution