Юрий Мизун - Полярные сияния

Самая обычная форма протонных полярных сияний — довольно широкая дуга, вытянутая в направлении с востока на запад. Протонная дуга очень широка в направлении с севера на юг (от 3 до 10° или от 300 до 1000 км). Интенсивные линии водорода часто видны в диффузных пятнах, но отсутствуют в более или менее дискретных формах.

Взаимосвязь между протонными и электронными сияниями весьма сложна. В некоторых случаях сияния представляют собой чисто протонную дугу. В других случаях они, по-видимому, являются результатом совместных протонных и электронных вторжений. Происходит уменьшение интенсивности линии водорода, когда полярное сияние становится активным. По наблюдениям в Антарктиде (70° S геомагнитной широты) излучение линии Н αвсегда предшествует излучению полос первой положительной системы в фазе распада.

Мы описывали овал полярных сияний, который был построен по данным об электронных сияниях. Делались попытки получить такой же овал по данным о протонных полярных сияниях. При этом выяснилось, что появление и интенсивность линий водорода связаны с ориентированной на Солнце геомагнитной системой координат. Однако построить такой овал оказалось трудно из-за недостаточности однородного наблюдательного материала. Была получена овальная водородная зона с центром приблизительно в 25° от геомагнитного полюса на дневной стороне, сильно смещенная к полюсу на ночной стороне. Данные измерений на спутниках потоков протонов находятся в приемлемом согласии с этим построением. Вместе с тем они свидетельствуют о двойном пике на дневной стороне, указывающем на то, что две части овала, расположенные на вечерней и утренней сторонах, не пересекаются или что овал расщепляется. Результаты наземных измерений в Антарктиде на ночной стороне также согласуются с этой картиной.

Изучение спектрограммы линий Н αза период 1964—1965 гг. показало, что центр овала протонного сияния находится на несколько градусов ближе к экватору по сравнению с электронным овалом (отдельные сияния) до полуночи, и они пересекаются несколько ближе к полюсу после 1 ч местного геомагнитного времени.

Средние зоны вторжения протонов и электронов значительно перекрываются. С усилением магнитной активности водородная зона распространяется к экватору и намного увеличивается в максимуме интенсивности. Выше геомагнитной широты 70° интенсивность водородных эмиссий слабо зависит от геомагнитной активности. При низком уровне последней интенсивность линии водорода довольно симметрична относительно геомагнитной полуночи. При высоком уровне активности имеется максимум интенсивности, сильнее смещенный к экватору до полуночи.

По наблюдениям в Антарктиде за 1967 г. было установлено, что протонные полярные сияния по сравнению с сильными отдельными электронными сияниями всегда возникают ближе к экватору. Однако в утреннее время этот эффект в отличие от вечернего проявляется менее отчетливо. Протонное сияние ближе к электронному в утренние часы, нежели в полночь.

Видимо протяженность овала протонных сияний несколько меньше, чем электронных, при увеличении магнитной активности.

Изучение протонных сияний позволяет получать информацию о характеристиках вторгающихся протонов. Она хорошо дополняет данные о потоках протонов, полученных с помощью ракет и спутников.

Потоки протонов, которые вызывают протонные полярные сияния, имеют величину около 10 7см -2с -1, а иногда доходят до 10 8см -2с -1. Один протон излучает несколько фотонов в зависимости от энергии. При этом типичная интенсивность излучения линии Н βимеет величину 100 рэлей. Энергия протонов составляет 1—100 кэВ. Источником этих протонов является солнечный ветер.

Расчеты показали, что для характерной энергии между 5 и 50 кэВ максимум свечения приходится на диапазон высот примерно от 130 до 100 км и вертикальная полуширина составляет от 60 до 20 км. Высотное распределение водородных эмиссий довольно трудно измерять с Земли. В большинстве случаев водородная эмиссия простирается на несколько сотен километров в направлении север—юг и на тысячи километров в направлении геомагнитной параллели. Следовательно, во всех случаях для определения высотного распределения с достаточно высокой точностью необходимо использовать тщательно разработанный метод параллактических измерений при помощи сканирующих фотометров.

Допплеровское смещение длины волны излучения атомов водорода происходит за счет движения самих излучающих атомов. Поэтому величина этого смещения содержит информацию о характере движения протонов (их скорости, т. е. энергии и распределения их по питч-углам). Правда, в настоящее время такому систематическому изучению мешает отсутствие в достаточном количестве экспериментальных данных. Но регулярные наблюдения профилей линий водорода могут дать информацию о пространственных и временных изменениях этих характеристик движения протонов.