Полярное сияние – зеркало атмосферы

  Дата публикации: 23 Декабрь 2012 l автор:

Те, кто хоть раз в жизни побывал за Полярным кругом, наверняка сохранили воспоминания о замечательном и очень красивом явлении природы — северном полярном сиянии. Аналогичный феномен в южном полушарии называется южным полярным сиянием. 

Переливы цвета — от пурпурно-красного до изумрудно-зеленого, разноцветные пятна, кольца, лучи, дуги, вихри быстро движутся, переливаются, мгновенно меняют очертания, создавая своеобразный огромный калейдоскоп, сотворенный самой природой. А счастливцы, побывавшие на борту космических кораблей, рассказывают об узких светящихся полосках земной атмосферы, изменяющих цвет с высотой, которые видны не только у полюсов, но и в средних широтах.

Многие народы Крайнего Севера приписывали сполохам полярных сияний мистическую силу. Древние викинги считали, что полярное сияние — это лик бога Одина, который живет на небе. Согласно их поверьям, если в ночь перед выходом в море зажигается сияние, путешествие или рыбная ловля обязательно будут удачными. По воззрениям жителей Гренландии, сполохи полярного сияния — это души предков, продолжающие жить на небесах после своей физической смерти. Наука долго не могла объяснить природу полярных сияний. Только в XVIII веке ученые поняли, что сияние — это свечение самой атмосферы Земли на высотах около ста километров. Такие предположения выдвигал еще М.В. Ломоносов. Солнце постоянно выбрасывает в космическое пространство огромное количество электронов и ионов различных элементов. Такие непрекращающиеся выбросы частиц называются солнечным ветром. Плотность солнечного ветра, когда он достигает Земли, составляет десять частиц на один кубический сантиметр, а скорость — 450 километров в секунду. Земля, как и Солнце, имеет магнитосферу, но значительно более слабую, чем у дневного светила. Солнечный ветер взаимодействует с магнитным полем планеты, изменяя его форму. Поток несущихся частиц сдавливает, сплющивает магнитное поле Земли со стороны Солнца и вытягивает его в своеобразный шлейф с противоположной стороны, придавая магнитосфере форму капли или мыльного пузыря на ветру.

Земная атмосфера на высотах более ста километров очень разреженна, ее плотность примерно в два миллиона раз меньше, чем у поверхности. Частицы солнечного ветра воздействуют на молекулы атмосферы, обдирая с них электроны. В результате молекулы и их фрагменты становятся активными, вступают в сложные взаимодействия, в процессе которых часть энергии излучается в виде красивого свечения. Различные частицы дают излучения разного цвета, например, зеленый цвет имеет излучение, испускаемое атомами кислорода.

Большой прогресс в изучении природы сияний был достигнут в последние десятилетия, когда стало возможным изучать подобные явления с помощью сложной аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли. Спутник «Полар», принадлежащий НАСА, и японский «Геотейл» выполняли специальные научные программы по изучению спектров свечения земной атмосферы. Оказалось что последние имеют очень широкий диапазон — от жесткого ультрафиолетового излучения до инфракрасного — и состоят из огромного числа полос. Помимо атомов и молекул кислорода, излучают атомы и молекулы азота, атомы гелия, каждый из них вносит свой вклад в яркую палитру полотна полярного сияния, дивным пологом закрывающего небо. Например, фиолетовый и темно-красный цвета дают молекулы азота, зеленый и алый — атомы кислорода.

Исследование показало, что разные частицы расположены слоями на разной высоте, например, атомы кислорода, излучающие зеленый цвет, образуют слой толщиной десять километров на высоте ста километров над земной поверхностью. Выше всех расположен слой атомов водорода — до десяти тысяч километров. Светящиеся слои образуют и более сложные молекулы, а также металлы, остающиеся в атмосфере после сгорания метеоров. Именно эти разноцветные светящиеся слои, обычно невидимые с поверхности Земли, наблюдают космонавты с борта космического корабля. Поскольку свечение земной атмосферы и полярные сияния определяются состоянием магнитного поля Земли, на которое оказывает воздействие Солнце, их появление и яркость зависят от солнечной активности. Известно, что цикл солнечной активности измеряется одиннадцатью годами и имеет свои пики и спады. Первым считается цикл, начавшийся в марте 1755 года, сейчас мы живем в 23-м цикле. В годы максимумов увеличивается число пятен на Солнце, солнечный ветер «дует» сильнее. Мощные порывы солнечного ветра интенсивно воздействуют на атмосферу, частота появлений и яркость полярных сияний в эти годы резко усиливается. Максимумы солнечной активности очень опасны для человека, в эти периоды увеличивается количество умерших от сердечно-сосудистых и других заболеваний, чаще выходят из строя технические системы. Так, например, в марте 1989 года (год максимума солнечной активности) в Квебеке (Канада) вышла из строя система электроснабжения шестимиллионного города. Специалисты, занимавшиеся выяснением причины аварии, пришли к однозначному выводу, что виной тому было усиление магнитной активности Солнца.

В годы максимумов солнечной активности красотой «сияющей Авроры» можно любоваться не только в приполярных, но и в более низких широтах. В 2000 году сияние наблюдали даже в Мэриленде (США). Особенно от уровня солнечной активности зависят красные полярные сияния, причем самое яркое красное сияние было зафиксировано 11 февраля 1958 года, в период максимума 19-го цикла.

Изучение полярных сияний приобрело особую важность в последние годы, когда человечество наконец-то озаботилось экологическим состоянием окружающей среды. Выбросы отработанных промышленностью веществ в атмосферу очень сильно изменили к худшему ее состояние. Постоянно растущая частота запусков ракетно-космической техники тоже не улучшает состояние газовой оболочки Земли, в нее попадают очень ядовитые продукты сгорания ракетного топлива и частей конструкций аппаратов. Как показывают наблюдения, за последние сто лет температура атмосферы околоземной поверхности повысилась более чем на полградуса, а температура на высоте ста километров повышается на полградуса в год. Парниковый эффект разрушает тонкий озоновый слой, защищающий нас от жестких космических излучений. Плотность атмосферы в верхних слоях уменьшилась, она оседает, становясь все тоньше и тоньше. Свечение атмосферы и полярные сияния, как индикатор, отражают все процессы, в том числе и негативные, происходящие в атмосфере. Таким образом, изучая полярные сияния, мы сможем лучше контролировать экологическое состояние окружающей среды.

Сергей Михайлов

planeta.moy.su

Рекламный блок

Прокомментировать

Вы должны быть авторизованы для комментирования.