Юрий Мизун - Полярные 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.

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.