Юрий Мизун - Полярные сияния

Лучи полярных сияний представляют собой узкие пучки света длиной от нескольких десятков до нескольких сотен километров и шириной от нескольких десятков метров до нескольких километров.

Лучи полярных сияний появляются на тех же высотах, что и полосы и дуги, т. е. на 100—150 км. Они возникают либо изолированно друг от друга, либо целыми «связками». В том и другом случае лучи располагаются вдоль геомагнитных силовых линий, которые, как уже говорилось, направляют движение частиц, вызывающих полярные сияния. Последним и объясняется такое направление лучей. Когда лучи полярных сияний наблюдаются над головой, т. е. в зените, то они смотрятся как своего рода корона.

Дело в том, что из-за перспективы геомагнитные силовые линии кажутся наблюдателю сходящимися в магнитном зените. Магнитный зенит — это та точка небесной сферы, в которую силовые линии геомагнитного поля для данного места наблюдения проектируются.

В возмущенных условиях лучи полярных сияний видны в сочетании с полосами и дугами полярных сияний.

Диффузные пятна полярных сияний занимают на небе площадь около 100 км 2. Само название их говорит об их неправильной форме. Как правило, наблюдается одновременно много таких пятен.

Однородные светящиеся поверхности занимают большую часть небосвода (недаром их называют «большими») и имеют вид довольно постоянного свечения, которое чем-то напоминает вуаль. Эту форму свечения называют еще фоновым свечением.

Конечно, когда полярное сияние в разгаре, в активной фазе возмущений, мы можем зафиксировать сразу несколько или даже все его формы. При этом различные формы накладываются друг на друга или же внедряются друг в друга. Например, дуги и полосы полярных сияний часто имеют лучистую структуру. Каждая форма движется, и излучение меняет свою интенсивность во времени. Скорости движения спокойных форм полярных сияний достигают 50 км/с.

Мы описали четыре классические формы полярных сияний. Но реальные сияния более разнообразные. Так, известны пульсирующие полярные сияния, интенсивность свечения которых изменяется (пульсирует) во времени весьма быстро. Они появляются главным образом после активной фазы развития сияния. За каких-то несколько секунд интенсивность свечения может измениться в десятки и более раз. Такие пульсации свечения можно иногда наблюдать невооруженным глазом.

В отличие от полос, дуг и лучей, которые видны выше 100 км, пульсирующие сияния появляются ниже этого уровня. Интересно, что они сопровождаются такими же пульсациями в магнитном поле Земли. Это объясняется причиной, единой для тех и других пульсаций, — вторжением заряженных частиц в верхнюю атмосферу.

Пульсирующие полярные сияния также бывают различные — собственно пульсирующие, пламенные, мерцающие и струящиеся. Такие живописные описания связаны с ассоциациями, которые они вызывают у наблюдателя. Собственно пульсирующие сияния характерны тем, что их яркость по всей площади свечения изменяется синфазно, т. е. одинаково.

Когда на небосводе появляются своего рода волны света, которые быстро движутся к магнитному зениту, то такие сияния называются пламенными (они подобны движению пламени). Значительно реже можно наблюдать, как эти волны света движутся обратно, т. е. от зенита.

Пламенные сияния возникают в то время, когда возмущение уже затухает, т. е. в периоды после распада форм полярных сияний. Они движутся от уровня 100 км вверх (или реже вниз) со скоростями, достигающими 100 км/с. Правда, были измерены и весьма экзотические скорости их движения, достигающие 1000 км/с. Часто после пламенного сияния наблюдается корона, описанная выше.

Считается, что видимость движения областей свечения вверх связана со своеобразной последовательностью прихода в атмосферу потоков заряженных частиц, вызывающих свечение. Вначале внизу наблюдается свечение, связанное с частицами больших энергий. Затем оно появляется все выше и выше, куда уже приходят частицы меньших энергий и поэтому запаздывающих. С поверхности Земли это будет восприниматься как волнообразное движение свечения вверх. Однако объяснить таким образом движение областей свечения от магнитного зенита вниз нельзя.

Третий тип пульсирующего полярного сияния — это мерцающие сияния, при которых яркость свечения как будто мерцает. Изменения яркости сияния быстрые и неправильные. Этот тип полярного сияния наблюдается в зонах полярных сияний и областях, примыкающих к ним со стороны более низких широт (т. е. в субавроральных зонах).

Мерцающие пятна имеют размер 1—5 км. Мерцания яркости происходят с частотой 10 Гц. Такие мерцающие сияния обычно проявляются в пределах ярких однородных дуг или полос, для которых характерны быстрые внутренние движения со скоростью более 5 км/с.

Мерцающие полярные сияния в южном и северном полушариях (на геомагнитных широтах 63—68°) являются геомагнитно сопряженными, т. е. наблюдаются одновременно в областях на юге и севере, которые связаны между собой (т. е. сопряжены) геомагнитными силовыми линиями. Характер свечения в этих областях одинаковый.

Четвертый тип пульсирующего полярного сияния называется струящимся. Яркость этих сияний изменяется беспорядочно. Ее неправильные вариации быстро распространяются вдоль однородных дуг в горизонтальном направлении. Интересно, что форма самой дуги или полосы при этом не меняется. Уярченная часть дуги или полосы полярного сияния перемещается вдоль формы в виде волны. Как будто солнечный зайчик бежит вдоль дуги сияния.

Струящиеся пульсирующие сияния наблюдаются во время распада сияний. Иногда видны горизонтальные волны в форме вытянутых с востока на запад дуг, движущихся в направлении к экватору со скоростью 50—300 км/с. Такой характер движения имеет место только в послеполуночные часы и только в том случае, если предшествующий день и вечер были спокойными. Но после этих горизонтальных волн свечения наступает кратковременная полярная суббуря.

Характеристики этой формы полярного сияния следующие: яркость их изменяется с частотой 1 Гц, интенсивность излучения на длине волны 4278 Å менее 1 килорэлея. Толщина этой формы сияния составляет 30—120 км, и они перемещаются на расстояния 150 км и более. Пульсирующие дуги полярных сияний появляются на тех же высотах, что и спокойные дуги. Если интенсивность свечения усиливается, то само сияние появляется ниже.

Было установлено, что общие вариации амплитуды интенсивности пульсирующих сияний очень тесно связаны с микропульсациями магнитного поля. В течение 60% времени, когда наблюдаются пульсирующие полярные сияния, пульсации яркости и микропульсации магнитного поля совпадают. Часто отмечается полное совпадение пиков флуктуаций в сияниях и геомагнитном поле.