Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

Удивительно, с какой точностью ведет наблюдения знаменитый ученый–путешественник, будто пользуется категориями современной нам науки! А категории эти установились лишь к 70‑м годам нашего река.

Когда отдельная суббуря заканчивается, авроральный овал начинает жить обычной жизнью: идет круговорот, конвекция светящихся форм, растягивание или сжатие всего овала из–за изменений южной составляющей магнитного поля в налетающем потоке солнечного ветра. Но о сильной суббуре в магнитосфере остается память — увеличенное число энергичных частиц. Они появились с той стороны магнитосферы, где разразилась суббуря — в вечерне–предполуночном секторе. Эти энергичные частицы пополнили собой радиационные пояса Земли. Те из них, которые не потерялись в атмосфере из–за слишком большого размаха качаний вдоль магнитной силовой линии, постепенно обходят вокруг Земли, каждая со своей скоростью. Поэтому начальное их облако начинает раз мываться и приобретает характерные очертания радиационного пояса — это добавка к тому поясу, который был до суббури. А потом все идет, как при нашем описании радиационного пояса со слов «представим себе теперь, что в ловушке находятся не одна, а много частиц…».

Но бывает так, что за одной суббурей следует, накладываясь на нее, другая, потом третья и т. д. — до десятка и более (был случай — до 30) суббурь. Это уже буря, еще говорят: магнитная буря. При ней возмущения маг нитного поля регистрируются по всей Земле, а не только вблизи аврорального овала, как при суббурях. Когда повторяющиеся суббури складываются в бурю, под авроральным овалом магнитные возмущения представляют собой следующие друг за другом бухты. При этом, как говорилось, магнитографы соседних станций дают резко отличающиеся записи. В то же время на средне — и низкоши ротных станциях магнитографы ведут себя по–другому; хотя и дергающимися стрелками, но дружно регистрируют уменьшенную величину магнитного поля в течение нескольких дней*, продолжая это делать и тогда, когда суббури в приполярных областях уже закончились. Это общее, глобальное уменьшение магнитного поля создается электрическим током, текущим в радиационных поясах Земли. В самом деле, пояса сильно пополнились частицами во время серии суббурь. Теперь частиц в них стало так много, что на полярном небе можно увидеть то место, где они высыпаются из переполненных поясов в ионосферу, образуя неяркую полосу бело–желтого свечения, вытянутую примерно в направлении магнитной параллели, — мы уже говорили о ней. Эта полоса приходится на более низкие широты, чем следующие друг за другом подвижные, яркие сияния суббурь. Области, где появляются эти добавленные при суббурях энергичные частицы, находятся внутри магнитосферы, там, где магнитное поле близко к дипольномy. Добавленные частицы совершают свое движение, характерное для частиц радиационных поясов: протоны, оборачиваясь вокруг Земли, смещаются на запад, электроны — на восток. Это означает, что по радиационному поясу течет направленный на запад электрический ток, он и вызывает глобальное уменьшение магнитного поля в низких и средних широтах Земли при буре. В обычное время ток такого типа тоже существует в радиационных поясах, но, во–первых, он мал, а, во–вторых, он входит, как сказать, в фон, а мы сейчас говорим об отклонениях. Поэтому останавливаться на этом фоновом токе мы не будем.

*( Это Dst–магнитная вариация. Она характеризует величии) возмущений при буре и может достигать 1000 нТ. )

Во время таких космических бурь «рваные» возмущения магнитного поля, из–за которых дергаются магнитные стрелки приборов, могут достигать такой силы, что в земной коре, в металлических предметах, в проводных системах связи благодаря магнитной индукции наводятся довольно сильные, тоже беспорядочные электрические токи. Они способны вызвать помехи и даже аварии в телефонно–телеграфной связи. Так, вот время сильной магнитной бури 11 февраля 1958 года в Швеции выходили из строя электрические линии и линии связи, была прервана сигнализация на железных дорогах, на кабелях загорался изоляционный материал, горели предохранители и даже трансформаторы.

При сильных магнитных бурях сияния могут наблюдаться далеко от аврорального овала как в сторону полюса, так и в сторону низких широт. Во–первых, выпуклости сияний, характерные для суббурь, все время заходят из аврорального овала в полярную шапку и создают неровное свечение с ее ночной стороны. Во–вторых, иногда высыпаются частицы из внутренних районов магнитосферы, магнитные силовые линии из которых приходят на поверхность Земли в низких широтах. Тогда полярные сияния бывают в Крыму и даже в Северной Африке.

Ионосфера Земли во время магнитных бурь, когда идут высыпания частиц из магнитосферы, естественно, не может находиться в нормальном состоянии, и радиосвязь ухудшается. Например, во время уже упоминавшейся бури 11 февраля 1958 года прервалась радиосвязь во многих районах Земли, 15 июля 1959 года из–за магнитной бури не было связи по радио между Европой и Северной Америкой.

Не удивительно, что магнитные бури привлекали к себе внимание и начали изучаться гораздо раньше суббурь. Долгое время вообще считалось, что суббури — всего лишь спутники бури, осложняющие ее течение на высоких широтах, Правда, норвежский ученый К. Биркеланд еще в начале века выделил суббурю как самое значимое магнитное явление (он сумел также предугадать и ряд других идей космофизики 60–70‑х годов: например, важность электрических токов, направленных вдоль силовых линий магнитного поля Земли). К сожалению, его прозорливость не могла заметно продвинуть вперед науку о суббурях, поскольку одними наземными средствами наблюдений изучать суббури было невозможно, так переменчиво и капризно их поведение, да и вести наблюдения за суббурями нужно на высоких широтах, тогда еще мало освоенных.

Когда же начались наблюдения непосредственно в космосе, стало ясно, что суббуря — самый важный из быстротекущих процессов в околоземном пространстве. И еще: магнитных бурь, как мы видели, без суббурь не бывает, суббури же могут происходить и сами по себе, вне магнитных бурь. Как отметил американский космофизик С. Акасофу, «подобно циклонам в атмосфере, суббури, эти скоротечные явления в магнитосфере, больше влияют на ее состояние, чем спокойные процессы, на фоне которых они развиваются». Например, есть некоторые свидетельства, что суббуря, совершившись, сама приводит к растяжению аврорального овала.

Так и попало красивейшее явление природы — цветное мятущееся полярное сияние — в самый центр делового внимания космо — и геофизиков. Однако до сих пор, несмотря на интенсивное изучение, непосредственные причины суббури остаются неизвестными. Что же касается вероятности увидеть суббурю, то, как уже отмечалось, она становится значительно выше, когда солнечный ветер некоторое время приносит межпланетное магнитное поле с большой южной составляющей. Магнитные же бури, как правило, сопровождают вход нашей планеты в поток солнечной плазмы более быстрый, чем обычный солнечный ветер. Такие потоки на фоне нормального солнечного ветра появляются при солнечных вспышках или вытекают из особых, длительно существующих областей на Солнце — мы еще будем говорить об этом. И важно еще: насколько сильна южная составляющая магнитного поля в этих скоростных потоках.