Юрий Мизун - Полярные сияния

Такое полное совпадение чаще всего имеет место в периоды правильных пульсирующих сияний и тогда, когда такие периоды разделены последовательностями неправильных флуктуаций.

Временные вариации пульсирующих сияний лучше всего регистрируются фотоэлектрическими фотометрами с линейной характеристикой в очень широком динамическом диапазоне и высокой чувствительностью. Для определения формы пульсирующих сияний применяются телевизионные камеры, хотя линейность и динамическая амплитуда этих установок ограничены по сравнению с обычным фотометром.

Известны пульсирующие сияния особого, более редкого типа. Они характеризуются затухающими колебаниями с одним сильным пиком (максимумом) и с последующими пятью или восемью импульсами с все уменьшающейся амплитудой. Интервал времени между соседними импульсами во всех конкретных случаях постоянный (от 1 до 3 с).

В средних широтах также бывают полярные сияния. Это так называемые красные дуги, или М-дуги. Из названия ясно, что свечение видно в красном цвете, монохроматично (одноцветно) в красных линиях с длинами волн 6300 и 6364 Å. Эти сияния наблюдаются выше, чем сияния в высоких широтах, — на высотах от 300 до 700 км.

Красные дуги по широте могут достигать 600 км, а интенсивность их свечения в линии 6300 Å обычно составляет 1—10 kR. Эту интенсивность нельзя фиксировать невооруженным глазом: она ниже порога его видимости. Протяженность красных дуг в направлении восток—запад достигает нескольких тысяч километров, а иногда они, видимо, простираются вокруг всей Земли. Они появляются одновременно в обоих полушариях и тесно связаны с геомагнитной и солнечной активностью. Красные дуги могут существовать в течение целых суток.

Полярные сияния в полярной шапке выделяют в отдельный тип. Эти сияния, охватывающие обширное пространство в высоких широтах, вызваны солнечными космическими лучами с энергиями 1—100 МэВ и тесно связаны с поглощением радиоволн в полярной шапке (ППШ). Это понятно, поскольку те же потоки солнечных космических лучей, которые способствуют возникновению полярных сияний, образуют повышенную ионизацию нижней ионосферы, ответственную за поглощение радиоволн.

Свечение в полярной шапке (во время ППШ) является однородным и занимает всю полярную шапку вплоть до 60° (по широте). Известно, что явление ППШ длится несколько суток. В течение первых суток после начала ППШ интенсивность свечения увеличивается, а затем в течение нескольких последующих суток постепенно спадает. Максимальная интенсивность свечения на длине волны 3914 Å достигает 10 kR, а у свечения на длине волны 5577 Å она в пять раз меньше.

Такое распределение интенсивностей свечения на этих двух линиях характерно только для полярного сияния в полярной шапке во время ППШ и не имеет места в овале полярных сияний. Оно вызвано тем, что солнечные космические лучи (протоны и альфа-частицы, т. е. ядра гелия) производят ионизацию и возбуждение в основном на высотах 30—80 км, где плотность атмосферы намного больше, чем в областях свечения в овале полярных сияний, т. е. на 100 км и выше. Поэтому из-за большой плотности на низких высотах происходит быстрая дезактивация возбужденных атомов кислорода (которые образуются при прямой диссоциации молекулярного кислорода или диссоциативной рекомбинации молекулярных ионов кислорода). По этой причине на этих высотах (менее 80 км) почти все излучение с длиной волны 5577 Å гасится.

Во время сияния, связанного с ППШ, происходит излучение не только с длиной волны 3914 Å, но и с другими длинами волн, которые регистрируются и в овале полярных сияний. Однако эти эмиссии пока что детально не исследованы.

Диффузные полярные сияния часто простираются по всему небу, достигая максимальной интенсивности в утренние и дневные часы. Диффузные сияния в зоне полярных сияний называют мантийными сияниями. Их пространственное распределение отличается от распределения дискретных форм сияний, таких, как дуги, полосы и лучи. Мантийные сияния появляются наиболее часто при максимальной солнечной активности и намного реже при минимальной. Размеры области диффузного свечения заметно не меняются с усилением магнитной активности. С увеличением магнитной активности возрастает только интенсивность свечения и величина утреннего максимума.

Кроме описанных выше форм полярных сияний, были предложены и некоторые другие (не вошедшие в Международный атлас):

Лист — полярное сияние имеет такую же форму, как и дискретная дуга, но характеризующуюся так называемой «тонкостью». Такие тонкие дуги, имеющие форму тонкого листа S , типичны для вечернего сектора на границе овала полярных сияний со стороны полюса.

Широкая же дуга со слабым свечением была названа диффузной дугой. Такие дуги часто появляются вместе с дугами — листами.

Имеется полярное сияние, по своей форме напоминающее дым сигареты. Оно так же дрейфует и вращается и названо «дымом». В дыме нередко различима тонкая структура сияния, но она проглядывается не так часто, как в дискретной дуге. Дымчатое сияние обычно появляется вблизи границы свечения.

Выделяют еще полоски или бороздки. Эти сияния выглядят как диффузные дуги, если полосчатость в них меняется очень быстро.

Бывают еще «сияния наоборот», т. е. четко выраженные области «пустот», в которых отсутствуют какие-либо излучения и которые вкраплены внутри полярных сияний. Такие области без полярных сияний получили название «черные полярные сияния». Они имеют форму тонких лент или вытянутых эллиптических отверстий и дрейфуют в восточном направлении после полуночи и в западном направлении до полуночи. Эти формы полярных сияний возникают при переходе от диффузных сияний к дискретным. Можно считать, что они являются промежуточными формами.

Изучение полярных сияний с помощью более совершенной аппаратуры, которая позволяет фотографировать их за более короткое время экспозиции и поэтому регистрировать сияния меньшей интенсивности, показало: все формы полярных сияний имеют еще и тонкую структуру. Стали более ясными переходы одной формы сияния в другую, а также их изменение во времени.

В настоящее время для исследования полярных сияний используются многоканальные телевизионные системы. Такой аппаратурой были зарегистрированы скорости движения сияний до 10 км/с. Было установлено, что вертикальная протяженность пульсирующих сияний меньше 2 км, а максимальная их интенсивность не превышает 10 kR в полосах 4278 Å.

Часто наблюдаются полярные сияния в виде спиралей, которые разворачиваются по часовой стрелке, если смотреть с Земли вдоль магнитных силовых линий. Диаметр спиралей меняется от 20 до 1300 км, наиболее типичные размеры 250—500 км. Спирали видны в вечерние и полуночные часы.