Ми згадали вище про те, що магнітосфера Землі спрямовує електрони і протони так званого сонячного вітру до магнітних полюсів, де у верхній атмосфері вони "салютують" фантастично красивими полярними сяйвами. Про це чудесне явлення природи варто розповісти докладніше.
Зазвичай полярні сяйва спостерігаються за північним або південним полярними колами, тобто в Арктиці або Антарктиці. Але іноді їх можна спостерігати і в середніх широтах обох півкуль. Наприклад, у вересні 1859 року метеостанції зафіксували явище полярного сяйва по всій північній півкулі Землі, а в лютому 1872 полярне сяйво спостерігалося в Єгипті, Індії, Гватемалі. У 1958 році їм милувалися в Москві та Одесі. У Петербурзі (60 ° півн. Широти) в ясні ночі часто можна побачити слабке сяйво. Чим сильніше проявляє себе полярне сяйво в високих широтах, тим більше область його можливого спостереження. З космосу воно виглядає грандіозним барвистим сяйвом.
Залежно від того, як виглядають полярні сяйва для спостерігача і які вони за розмірами, метеорологи об'єднують всі різновиди цих сяйв в три групи: стрічкові, дифузні і променисті.
Стрічкові сяйва виглядають у вигляді смуг і дуг і характеризуються дуже великою довжиною смуг - іноді до десятків тисяч кілометрів, а розмір по вертикалі становить кілька сотень кілометрів. Дуги дещо коротший: п'ять-шість тисяч кілометрів при товщині всього кілька сотень метрів. Часто стрічки розташовуються одна над іншою, утворюючи багатоярусні срібні завіси (драпрі). Променисті сяйва створюються численними яскравими світловими пучками, що йдуть від горизонту до зеніту ... Втім, описати словами красу і велич полярного сяйва абсолютно неможливо: його треба бачити.
Жителі Півночі давно замислювалися над причиною полярних сяйв. серед вчених М.В. Ломоносов перший висловив припущення про електричну природу полярного сяйва. Тільки півтора століття тому електрична природа цього явища була науково встановлена. Дослідники звернули увагу на залежність якості радіозв'язку від інтенсивності полярних сяйв. У моменти розгоряння полярних сяйв різко погіршувалася короткохвильова радіозв'язок в Арктиці і Антарктиці , А довгохвильова поліпшувалася. Було ясно, що красиві світлові ефекти на небі - це світіння розріджених газів у верхніх шарах атмосфери, викликане впливом магнітного поля Землі. Але зрозуміти, як передається цей вплив, не вдавалося до тих пір, поки не почався регулярний зондування верхніх шарів атмосфери за допомогою геофізичних ракет.
Перша така ракета була запущена радянськими вченими в 1957 році з острова Хейса на Землі Франца-Йосипа. Надалі зондування за допомогою ракет стало одним з основних методів вивчення атмосфери. Зондування показало, що на висотах близько тисячі кілометрів над поверхнею Землі існують потужні потоки негативно і позитивно заряджених частинок. Це електрони і протони, що становлять так званий сонячний вітер, що досягає околиць нашої планети. Швидкість цього "вітру" від 300 до 600 кілометрів на секунду. Інтенсивність сонячного вітру особливо велика після спалахів на Сонці. У ці короткі миті Сонце викидає в навколишній космічний простір величезну масу свого речовини у вигляді потоку заряджених частинок колосальної потужності. Частина цього потоку досягає околиць Землі і, зустрівшись з магнітним полем планети, відхиляється від напрямку початкового руху і спрямовується по силових лініях до геомагнітних полюсів. Навколо магнітних полюсів частки сонячного вітру утворюють овальну зону, віддалену від точки магнітного полюса на 23 ° по широті. Таку зону ще називають авроральной овалом. Середній діаметр авроральних овалів складає близько 3000 км під час спокійного сонця . Хоча геомагнітне поле і перешкоджає проникненню частинок сонячного вітру в атмосферу, проте частина з них проривається в щільні шари атмосфери, причому тим більша, чим щільніше потік сонячного вітру. Тут частинки сонячного вітру взаємодіють з молекулами повітря, іонізують їх. Наведені таким чином в активний стан, молекули повітря починають випромінювати електромагнітні хвилі різної довжини, в тому числі рентгенівського спектра. За яскравості полярні сяйва ділять на чотири класи, що відрізняються один від одного в 10 разів. До першого класу відносяться ледве помітні сяйва, подібні по своїй яскравості зі свіченням Чумацького Шляху. Сяйва ж четвертого класу по яскравості можна порівняти з повною Місяцем.
Отже, сонячний вітер приносить до Землі два виду частинок, народжених на Сонце - електрони, що злетіли з атомних орбіт і ядра атомів водню, які втратили електрони (протони). Велика частина сяйв викликається електронами, тому що вони несуть більшу частину енергії сонячного вітру. Їх рух утворює на поверхні магнітосфери Землі сильні електричні струми. Протони, стикаючись з молекулами повітря, втрачають енергію, яка випромінюється і сприймається спостерігачем у вигляді вражаючою по красі світловий картини. Інтенсивність протонних потоків, а значить, і водневих сяйв в два-три рази слабкіше, ніж електронних. Але вони теж іонізують повітря, перетворюючи його в плазму. В результаті навколо Землі колись виник і постійно знаходиться безкрайній плазмовий океан.
Однак наведені міркування передають лише спрощену схему фізичних процесів, реально протікають в атмосфері і за її межами і викликають полярні сяйва. Ученим належить ще багато чого уточнити і зрозуміти в процесі вивчення цього складного явища природи. Широка мережа метеостанцій і геофізичних обсерваторій по всій земній кулі оснащена сучасною науковою апаратурою, що дозволяє спостерігати і вивчати найрізноманітніші фізичні процеси і явища в атмосфері і за її межами. Координацію таких робіт здійснює Всесвітня метеорологічна організація (ВМО - WMO), заснована в 1947р. Штаб-квартира цієї організації знаходиться в Женеві.
© Володимир каланамі,
"Знання-сила"