Меню Рубрики

Что такое полярное сияние с точки зрения физики

Северное сияние всегда приводило в трепет тех, кто имел возможность наблюдать за ним. Небо словно застывает, похожее на ледяную ленту, подсвеченную с обратной стороны всеми цветами радуги, а затем эта лента оживает и начинает двигаться.

Завораживающее зрелище воспринималось как некое знамение, и на протяжении столетий человечество, не имевшее в своем распоряжении специального научного оборудования, приписывало северному сиянию магические свойства.

Полярное сияние чаще всего можно увидеть на Аляске, в Канаде, в России (Ямало-Ненецкий округ, за полярным кругом) – то есть в очень северной части Северного полушария Земли. Наблюдают это явление и на Южном полюсе, и иногда даже в средних широтах.

Кстати, сияние, которое можно увидеть в Антарктиде, получило свое название – «Южное сияние». Еще не так давно ученые считали, что природа обоих явлений, на Северном и Южном полюсах, идентична. Но наблюдения из космоса и тщательный научный анализ показали: между сияниями на двух полюсах есть существенная разница, в частности, в отношении их интенсивности, конфигурации и типа свечения.

Сияния, аналогичные полярному, могут случаться и на других планетах Солнечной системы, например, на Сатурне или Венере. Причина заключается в том, что эти планеты так же, как и Земля, имеют атмосферу.

Источником этого сияния является солнечный ветер. Так называют поток протонов и нейтронов, исходящий в космос от Солнца. Заряженные частицы солнечного ветра проходят через полярные области Земли и проникают в атмосферу. Здесь же они сталкиваются с молекулами содержащихся в атмосфере газов – кислорода, азота, аргона – вследствие чего и возникает свечение.

Атомы кислорода обретают красное свечение, азота – синеватое, прочие атомы – другие оттенки, в частности, зеленый. И все это происходит на высоте примерно двухсот километров над Землей.

Северное сияние, с точки зрения современной науки, – это еще и проявление космической погоды (те самые вспышки на Солнце и магнитные бури). Ученые установили однозначную связь между ситуацией на Солнце и появлением сияния. Если Солнце спокойно, и вспышек на нем нет, значит, не появится и северное сияние. В случае, когда на Солнце появляются пятна или языки пламени, над Землей почти наверняка появится переливающаяся лента полярного сияния.

Многие очевидцы, наблюдавшие северное сияние, говорили, что при появлении в небе свечения в воздухе появляется слабое шипение. И более того: некоторые люди слышат голоса и начинают вести себя необычно. Случаются состояния, похожие на гипноз (потом человек объясняет это тем, что прислушивался к звучащему внутри голосу), а кто-то разговаривает с несуществующим собеседником.

Ученые тщательно исследовали этот феномен и сделали вывод: причина – в реакции мозга на электромагнитные волны. При появлении северного сияния эти волны излучаются в диапазоне, укладывающемся в ритмы «альфа» и «бета» головного мозга – от 8 до 13 герц. Ухо человека не воспринимает инфразвук, но эти волны оказывают на мозг непредсказуемое воздействие. И даже то шипение, о котором говорят многие очевидцы – это, с точки зрения науки, не что иное, как звуковые помехи, связанные со строением нашего организма.

Оптический нерв, находясь рядом со слуховым нервом, под воздействием инфразвука становятся источниками взаимных помех друг для друга, поэтому у человека может сложиться впечатление, что он слышит слабое шипение. Ученые настаивают: шум, исходящий от дуги северного сияния, можно было бы услышать, если увеличить его в две тысячи раз.

источник

Красочное действие, происходящее на небосводе, именуется северным сиянием. Фееричное шоу наблюдали жители планеты на протяжении многих тысячелетий, но обосновать с научной точки зрения где и когда оно появляется смогли только недавно. Жители, проживающие в широтах, где наблюдаются полярные ночи, в свое время дали явлению народное название — сполохи или пазори, а также приписывали ему различные мифические свойства и рассказывали интересные легенды.

Полярное сияние – это одно из уникальных природных явлений, представляющее собой многоцветное свечение, возникающее в определенных слоях атмосферы вследствие взаимодействия ее магнитного поля с частицами солнечного ветра.

Подобное световое действие на небе – это поистине неимоверное природное явление и его можно лицезреть в ночное время на территории стран, расположенных как на севере земного шара, так и на его юге. Именно от этого и зависит название сияния — северное или южное.

Согласно научным исследованиям полярное сияние классифицируется по нескольким признакам.

Исходя из формы явление делится на такие виды:

  • Лентообразное — в виде сплошных полос в небе, может быть в несколько уровней:
  • Диффузное — в виде пятен на небе без четких границ:
  • Лучи — в виде тоненьких пучков света:

Кроме того, существует специальная шкала интенсивности свечения, исходя из которой полярные сияния делятся на четыре группы: одно и двухбалльные свечения являются слабыми по интенсивности и выглядят однотонными, а трех и четырехбалльные — более интенсивны и видятся человеческим глазом как цветные (желтые, красные, зеленые, фиолетовые).

Если говорить о цвете свечения, то чаще всего взору представляется красочное световое шоу в зеленых оттенках:

Чрезвычайно редко можно наблюдать феерию цветов красного или красно-розового оттенка. Установлено, что на цвет сияния может влиять высота, где произошло столкновение заряженных частиц:

  • на высоте 150 километров небо приукрашивается в красный цвет;
  • на высоте от 120 до 150 километров световое действие представлено желто-зелеными тонами;
  • ниже 120 километров небосвод окрашивается в фиолетово-синие оттенки.

Цветовая гамма свечения также зависит от того, с какими молекулами происходит столкновение в атмосфере заряженных частиц солнечного ветра. К примеру, красные оттенки могут возникать при соприкосновении частиц с молекулами кислорода:

Если же в этом процессе участвует азот, то взору откроются световые иллюминации с синим или пурпурно-красным оттенком:

Очень редко встречается белое полярное сияние.

Помимо красочного свечения при полярном сиянии можно услышать определенные звуки, к примеру, треск или шуршание. По мнению ученых это связано с активностью Солнца в период очередного выброса энергии в атмосферу. Услышать подобные звуки можно довольно редко и только при условии безветренной погоды и отсутствия вблизи других источников звука.

Учитывая все характеристики, которые исследуются учеными, можно спрогнозировать в какое время и в каких местах можно будет наблюдать необычайной красоты северное и южное сияния.

Согласно современному трактованию отблески светового небесного шоу зарождаются из-за столкновения заряженных частиц небесного светила с магнитными ионами Земли. Происходит мощный выброс энергии, образующий цветные люминесценции. Явление наблюдается в местности, наиболее приближенной к полюсам Земли.

Если не углубляться в научную теорию, северное сияние, как и южное, случаются после выброса небесным светилом в атмосферу заряженных частиц. Эти частицы могут направляться в разные стороны, в том числе по направлению к земной поверхности. Скорость движения потока частиц может достигать 960 км/с. Именно поэтому ученые назвали этот поток «солнечным ветром». Стремясь в сторону Земли с огромной скоростью, частицы ударяются об атмосферу, создавая при столкновении волнение магнитного поля, вследствие чего на небе отображается полярное сияние.

В зависимости от ряда факторов световое действие может распространяться на ширину около 160 километров, а его длина может достигать 1,5 тысяч километров.

В большинстве случаев активность полярных сияний наблюдается в северных и южных широтах, хотя полюбоваться световым представлением могут и жители Лондона, штата Флорида, а также Антарктиды. Данное небесное действие происходит в период с октября по январь. Отвечая на вопрос, сколько длится полярная ночь, стоит отметить, что активность полярных сияний может продолжаться в течение суток, а иногда может закончится и через час. Световое шоу лучше всего лицезреть в сильный мороз в ночное время. Днем свечения могут быть мало заметны.

Установлено, что появление северного сияния происходит с интервалом в 11 лет.

Во времена Средневековья полярная ночь представлялась взору в Скандинавии, на Севере России, а также в северной части Китая, поскольку магнитный полюс земного шара располагался немного правее, чем сейчас.

В наше время полюбоваться ночной игрой света можно:

  • на северном полюсе;
  • в Антарктиде;
  • в Северной Америке (от 20 до 200 раз в году, причем местные жители его могут наблюдать и летом);
  • на севере скандинавских стран. Наиболее отчетливо северное сияние можно увидеть на острове Шпицберген;
  • в широтах, расположенные между столицами стран Англии и Франции (в пределах 5-10 раз в году);
  • в северной части Флориды можно полюбоваться зрелищем 4 раза в год;
  • на Кольском полуострове;
  • в Шотландии (в апреле).

Так как северное сияние наблюдается непосредственно вблизи магнитных полюсов Земли, то наиболее заметным явление становится при нахождении наблюдателей за северным полярным кругом. Довольно часто радужную феерию на небе могут посмотреть жители Гренландии, Исландии, северного побережья Норвегии, а также местности, расположенной ближе к северу от Сибири. Южное полярное сияние образуется в кольце вокруг Антарктиды и южной части Индийского океана.

Наблюдать северное сияние также можно и из космоса:

При этом световые шоу достаточно красочно проявляются и на других планетах Солнечной системы, к примеру, на Юпитере, Венере, Марсе.

Полярное сияние — это зрелище необычайной красоты, которое люди регулярно наблюдают на небосводе. Но как оно образуется долгое время никто точно определить не мог.

Данное явление наблюдалось еще в давние времена и об этом есть упоминания в записях, к примеру:

  • Путешествуя вокруг мыса Горн в 1745 году, Анатолий де Уллоа зафиксировал несколько раз небесное свечение на Южном полюсе нашей планеты.
  • Джеймс Кук наблюдал подобное явление в Южном полушарии Земли. На основе записей Кука ученые узнали, что красочное световое действие может происходить на обоих полюсах планеты одновременно.

Ряд гипотез образования сияния даже приблизительно не соответствовали действительности, к примеру:

  • Люминесценция возникает на небосводе из-за гниения рыбы, выброшенной на побережье из морской пучины.
  • Свечение проявляется в момент, когда «материя зодиакального света» попадает непосредственно в атмосферу.

Наиболее приближенную к современному научному обоснованию гипотезу предложил Э. Галлей, который говорил, что северное сияние вызывает «светящаяся магнитная жидкость».

Первым, кто смог обосновать теорию происхождения красочного действия, является М.В. Ломоносов, который путем научных исследований в лабораторных условиях показал, как получается северное световое шоу. Он взял стеклянный шар, выкачал из него воздух и пропускал через этот шар электрические разряды. При этом в шаре получалось свечение, которое было очень похожее на то, что происходит на небосводе. В своих опытах ученый использовал различные пары газов, и доказал, что каждый вид газа создает разное свечение.

Другие ученые стали развивать гипотезу, предложенную М.В. Ломоносовым, и нашли подтверждение, что северное сияние имеет электрический характер. В дальнейшем стало происходить изучение «солнечного ветра», образующегося из-за выброса Солнцем заряженных частиц, устремляющихся к магнитному полю Земли. Кроме того была установлена взаимосвязь полярного сияния и магнитных бурь, поскольку частицы «солнечного ветра», пытаясь проникнуть в магнитное поле Земли, вызывают его сильнейшее возмущение.

Наиболее точное определение явления было дано только в наше время благодаря значительному развитию современной физики и полученным результатам в области космических исследований. К примеру, в январе 1975 года русскими и французскими учеными был проведен эксперимент по созданию искусственного прототипа северного сияния, которое наблюдалось над северной тайгой. Для этого с острова Кергелен в Индийском океане была запущена ракета «Эридан» с электронной пушкой на борту. В назначенное время из пушки был выпущен поток заряженных частиц. Несмотря на то, что мерцание огней на небосводе было слабым и непродолжительным, ученым открылась новая перспектива, позволяющая более продуктивно подойти к изучению процесса образования северного сияния в околоземном пространстве Земли.

Полярное сияние — это уникальный феномен в природе, который завораживает своей красотой. Данное явление считается единственным заметным для невооруженного человеческого глаза проявлением воздействия солнечной корпускулярной радиации на околоземное пространство и атмосферу нашей планеты.

источник

Полярное сияние – это одно из самых красивых и, можно сказать, даже в чем-то мистическое, проявление атмосферных явлений. Его необычные формы, изменчивость цветов и оттенков всегда вводят человека, наблюдающего за ним, в состояние, схожее с немым шоком.

После такого вступления хотелось бы сделать акцент на том, что полярное сияние бывает двух видов: северное и южное. Уже по их названию можно понять, что северное полярное сияние возникает на северном полюсе, а южное полярное сияние — на южном. Однако это вовсе не говорит о том, что это чудо природы можно увидеть только в том случае, если наблюдатель находится непосредственно на одном из полюсов.

К слову, южное полярное сияние ученые видели в Австралии и даже в Греции.

Что же представляет собой полярное сияние и почему оно возникает? Какие факторы влияют на его формы, цвет и продолжительность? Эти и ряд других вопросов всегда будоражили умы людей еще с глубокой древности. К слову, полярное сияние довольно часто упоминается в трудах Плиния и Аристотеля, которые пытались при помощи рассуждений объяснить его природу. Большинство же языческих племен, которым удавалось наблюдать в небе разноцветное свечение, объясняли его довольно просто — это гнев богов, которые проявили свою силу и предупреждают непокорных о том, что их ждут страшные испытания, голод, войны, болезни. Правда, полярное сияние наводило ужас и на более развитые древние цивилизации, например, на Римскую империю в период ее расцвета. Римляне твердо уверовали, что именно яркое свечение на небе предупредило величественный город о гибели правителя Гая Юлия Цезаря.

Народы, живущие на севере, привыкшие часто наблюдать полярное сияние, более спокойно относились к этому атмосферному явлению. Они объясняли его довольно просто: отражение света солнца или луны ото льда или морского зеркала. Естественно, они не связывали северное полярное сияние с гневом сверхъестественных существ, иначе от частоты предупреждений грядущих катастроф можно было бы попросту сойти с ума. Северяне, живущие в России, называют это атмосферное явление по своему: сполох или пазорь. Из слова пазорь понятно, что это слово означает что-то вроде зори, а вот сполох, характеризует полярное сияние только ярко-алого цвета. Такое зарево появляется в том месте, где бушует пожар. В старину довольно часто при сполохе к месту полярного сияния сбегались соседи, чтобы оказать пострадавшим помощь в тушении пожара.

Ученые уже достаточно давно объяснили природу такого интересного и захватывающего своей красотой атмосферного явления, как полярное сияние. Причиной возникновения полярного сияния является наше светило, на котором постоянно возникают вспышки и взрывы.

Сравнить их мощность с чем-то на нашей планете практически невозможно: мельчайшие частицы вещества, из которого и состоит солнце, выбрасываются в космос с огромной силой. Чем сильнее вспышка на солнце, тем больше вещества выбрасывается в сторону его планетарной системы. Стоит отметить, что заряженные частицы несутся в космосе с огромной скоростью и способны преодолеть расстояние от солнца до планеты Земля менее чем за 30 часов. Как всем хорошо известно, из такого сложного школьного предмета, как физика, Земля обладает магнитным полем.

Именно оно «переносит» большинство электронов и протонов к полюсам нашей планеты. Так как на полюсах планеты атмосфера наиболее разрежена, там и возникает полярное сияние. Видимый глазу солнечный ветер — так еще можно проще объяснить это одно из чудес природы. Разноцветные узоры, короны, переливающиеся фантастическими красками пятна – все это проявления полярного сияния. Чем сильнее вспышка на солнце, тем ярче и продолжительнее сияние. Удивительно то, что само сияние происходит на высоте до 140 километров от поверхности Земли.

Чаще всего захватывающее дух зрелище проявляет себя во всей своей красе над территорией Северной Гренландии, в Сибири, в Норвегии и на Аляске.

К слову, повышенную активность солнца могут ощутить на себе и люди, страдающие различными хроническими заболеваниями. Зачастую скорость и количество электронов и протонов может быть настолько велика, что магнитное поле не всегда способно «переправить» их к полюсам: в этом случае довольно часто на Земле выходит из строя электроника, на время пропадает радиосвязь.

Читайте также:  Ничто так не мешает видеть как точка зрения эссе

Полярное сияние – это явление, которое, как выяснилось, характерно не только для планеты Земля. Телескоп Хаббл, который облетал самую огромную планету нашей солнечной системы Юпитер, передал снимки полярного сияния на ее полюсах. Так как магнитное поле Юпитера во много раз превышает по мощности магнитное поле Земли, то и полярное сияние там в тысячи раз ярче. Оно охватывает не только Юпитер, но и его спутники.

К слову, полярное сияние может возникнуть на любой из планет нашей солнечной системы, по предположениям, даже на самой удаленной от солнца. Исключение составляет только Венера, на которой нет магнитного поля, а значит, и не может возникнуть полярного сияния: всю атаку заряженных и смертоносных солнечных частиц на себя принимает вся поверхность планеты.

Возможно ли насладиться таким фантастическим зрелищем, как полярное сияние, создав его искусственно? Естественно, можно. В лабораториях довольно часто проводятся опыты, где ученые изучают особенности и свойства этого атмосферного явления, его влияние на живые организмы. Также искусственное «полярное сияние» можно «довольно просто» создать и в более крупных масштабах. Для этого необходимо всего лишь… взорвать на высоте 40 километров над поверхностью Земли атомную бомбу.

При ядерном взрыве в слоях атмосферы возникает свечение, практически полностью идентичное полярному сиянию. Фантастическим зрелищем смогли полюбоваться 1 и 12 августа 1958 года наблюдатели из Соединенных Штатов Америки, испытывавшие атомные бомбы над атоллом Джонстон. Тогда были взорваны две бомбы на высоте 40 и 70 километров над поверхностью Тихого океана. На этих двух взрывах американцы не остановились, и уже с 27 августа по 6 сентября провели еще три испытания. Удивительно, но после них малиновое сияние, плавно переходящее в фиолетовое, можно было наблюдать на противоположном конце планеты. Ученые объяснили такой «феномен» достаточно просто: противоположная сторона планеты геомагнитно сопряжена с территорией, над которой проводились испытания.

В последнее время различные туристические агентства предлагают своим клиентам туры в места, где можно воочию увидеть полярное сияние, вызванное, конечно же, естественными причинами, а не связанные с испытаниями ядерного оружия.

Если турист уверен в своих силах и способен перенести суровый климат, ему следует обязательно принять такое предложение, ведь это зрелище действительно выглядит фантастически и на всю жизнь останется в памяти.

источник

Северное сияние (полярное сияние или аврора) — люминесценция (свечение) в верхних слоях атмосферы планеты Земля. Эти слои обладают магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

Северное сияние – это тысячи разноцветных огоньков, зажигающихся на небе в темные ночи. Огни бывают самых разных форм и цветов: синие, желтые, красные, зеленые. За секунду темное небо окрашивается в яркие цвета и становится видно вокруг на многие километры как будто днем. Северное или полярное сияние уже тысячи лет удивляет и очаровывает людей, однако не все относятся к нему с восхищением, в легендах некоторых народов, о которых мы расскажем ниже, оно считалось дурным знаком.

Давайте разберемся, что это такое северное сияние, которое удивляет и пугает людей, живущих возле северного и южного полюсов?
Загадку таинственных огней отгадал еще Михаил Ломоносов, решив, что здесь играет роль электричество. Чтобы подтвердить свою теорию, ученый через колбы, наполненные различными газами, пропустил ток. После опыта колбы засияли неповторимыми цветами.

Проще говоря, выброшенные нашим Солнцем заряженные частицы (солнечный ветер) заставляют воздух Земли переливаться разноцветными огнями.
Земля является для частиц магнитом, который образует магнитные поля из-за токов, возникшие при вращении ядра, в основе которого лежит железо. С помощью магнитного притяжения наша планета «ловит» пролетающий солнечный ветер и направляет его туда, где находятся магнитные полюса. Там солнечные частицы моментально притягиваются к ним, и от столкновения солнечного ветра с атмосферой, появляется энергия, преобразовывающаяся в свет, которая и образует северное сияние.

Возбуждённые атомы успокаиваются и начинают излучать световой фотофон;
Если азот (N), столкнувшись с солнечными частичками, теряет электроны, то его молекулы преобразуются в синий и фиолетовый цвета;
Если электрон никуда не пропадает, то появляются красные лучи;
Когда солнечный ветер взаимодействует с кислородом (O), электрон не исчезает, но начинает выпускать лучи зелёного и красных цветов.

С давних времен северное сияние связывали с разными таинственными и порой даже мистическими событиями. Одни народы считали, что небесный огонь приносит счастье, якобы у богов в это время праздники. Другие считали, что сильно разгневался бог огня и надо ожидать неприятностей. Давайте послушаем, что гласят про северное сияние легенды разных народов.

Норвежцы упоминают о мерцающем мосте, который временами появляется на небосводе, чтобы боги спустились на землю. Одни называли сияние огнями в руках валькирий, чьи доспехи начищены до блеска и от них возникает удивительное сияние. Другие рассказывали что огни – танец душ умерших девушек.

В рассказах древних финнов полярное сияние означает горящую огнём реку Ружу, которая разделяет мир мёртвых и мир живых.
Североамериканские эскимосы верят, что заставить заиграть небосвод разноцветными огнями можно свистом, а хлопнув в ладоши – немедленно погасить их.

Эскимосы Аляски утверждают, что северное сияние несет беду. Прежде чем выйти наружу, в прежние времена они брали оружие для защиты. Многие верили, что если долго наблюдать за огнями, то можно сойти с ума.

Есть все основания предполагать, что именно благодаря сиянию и возникли мифы о драконах. Многие учёные считают, что битва Святого Георгия, который покровительствует всем англичанам, связана не с ужасным змеем, а с полярным сиянием!

Тем, кто хочет наверняка знать, когда можно увидеть северное сияние, стоит внимательно прочесть этот абзац. Его можно увидеть ясной, морозной ночью, при неполной луне, желательно вдали от города (чтобы не мешал свет фонарей). Полярное сияние появляется в основном с октября по январь и возникает на высоте от 80 и до 1000 километров над уровнем моря и длится от 1 часа до целых суток.

Чем агрессивнее ведёт себя Солнце, чем больше взрывов на нём происходит, тем дольше длится полярное сияние. Наиболее красивые сполохи можно увидеть раз в 11 лет (такова цикличность Солнца).
Северное сияние, фото которого всегда эффектны, чем-то напоминает закат (только в ночное время), но может также воплощаться в виде спиралей или дуг. Ширина цветной ленты вполне может превышать 160 км, длина – 1500 км.

Сам цвет полярного сияния зависит во многом как от того, с каким газом взаимодействует солнечный ветер, но и от высоты, где это произошло. Если газы атмосферы столкнулись на высоте более 150 км – цвет сияния будет красным, от 120 до 150 км – жёлто-зелёным, ниже 120 км – фиолетово-синим. Чаще северное сияние оказывается бледно-зелёным.
Кадры, полученные с космоса, подтвердили версию, что полярное сияние с южной стороны земного шара почти зеркально отображает это явление с северной стороны. Оно представляет собой кольца диаметром в 4000 км, которые опоясывают полюса.

Увидеть сияние в Средневековье, когда северный магнитный полюс находился восточнее, можно было не только в Скандинавии или на севере России, но даже на севере Китая.
Теперь увидеть северное сияние можно возле магнитных полюсов нашей планеты:
• на северном полюсе (хорошо видно его на впадине Росса);
• в Антарктиде;
• в Северной Америке (от 20 до 200 раз в год);
• на севере скандинавских стран, особенно на острове Шпицберген. Здесь наблюдать его можно не реже, чем в Северной Америке;
• в широтах между Лондоном и Парижем – 5-10 раз в году;
• на севере Флориды северное сияние бывает четырежды в год;
• в России – на Кольском полуострове;
• в Шотландии, известной своим Эдинбургским замком (причем в апреле);
• из космоса (когда отсутствует влияние нижних плотных слоёв атмосферы, которые значительно искажают зрелище).
Увидеть северное сияние можно и на других планетах Солнечной системы – на Юпитере, Венере, Марсе, и возможно и на Сатурне.
Пока что все тайны мерцающих огней ещё не разгаданы. Особенно интересует учёных вопрос, сопровождается ли оно звуковым эффектом.

источник

Полярные сияния — свечение верхних слоев атмосферы, вызванное возбуждением атомов и молекул на высотах 90-1000 км потоками электронов и протонов с энергиями от сотен эВ до десятков кэВ, вторгающихся в атмосферу из космоса. В видимой области спектра оно наблюдалось на протяжении веков, с появлением же спутников и ракет наблюдения П. с. расширились в ИК-, УФ- и рентгеновскую области спектра. П. с.- конечный результат сложных процессов в околоземном пространстве, где происходит ускорение заряж. частиц, к-рые обычно называют авроральной радиацией или авроральными частицами . Соударения энергичных частиц с атомами и молекулами газов верхней атмосферы приводит к возбуждению последних. Возврат в равновесное состояние сопровождается излучением квантов характерных длин волн, т. е. появляется П. с. Спектроскопич. измерения позволяют судить о величине энергии вторгающихся частиц, т.к. эфф. сечения возбуждения эмиссий по-разному зависят от энергии частиц, а эффективность гашения зависит от частоты соударений, т. е. от высоты. Кроме того, глубина проникновения корпускул в атмосферу непосредственно связана с их энергией. Особенности спектра дают сведения о температуре слоев атмосферы, к-рые пересекают корпускулы, их плотности и составе, степени ионизации и ветрах на этих высотах. Однородное высыпание авроральной радиации в верхнюю атмосферу вызывает диффузное свечение, к-рое несёт осн. долю энергии, поглощаемой верхней атмосферой, и создаёт однородный светящийся фон. На этом фоне возникают яркие разноцветные подвижные и вспыхивающие занавеси и лучи, дуги, полосы и пятна, к-рые обычно и наз. П. с. Эти дискретные формы свечения интенсивностью от 1 до десятков кРэлей вызываются концентриров. вторжениями пучков электронов, ускоренных к Земле электрич. полем вдоль магн. силовых линий. Исследования П. с. показали, что частота их появления и интенсивность, особенно в ср. широтах, явно коррелируют с активностью Солнца.

П. с. характеризуются в каждый данный момент разнообразием и причудливостью форм, к-рые в первом приближении можно подразделить на ряд элементарных форм: малоподвижные однородные дуги и полосы в виде длинных лент (рис. 1, а), протянувшихся по небосводу на сотни и иногда тысячи км; лучистые формы со значит. вертикальной протяжённостью в виде отд. лучей, пучков лучей или целых занавесей (рис. 1, б, в); «корона», лучи к-рой вытянуты вдоль силовых линий геомагн. поля и поэтому сходятся в перспективе в т. н. точке магн. зенита (рис. 1, г); диффузное свечение в виде пятен (рис. 1, д)или однородной поверхности — т. н. вуаль. Если П. с. слабое, оно воспринимается человеческим глазом как серо-зеленоватое, если яркое,- наблюдается игра красок и оттенков красного, зелёного, пурпурного и фиолетового-цветов.

Кол-во дней с П. с. увеличивается при переходе от средних к высоким широтам. В ср. широтах П. с. появляются только в периоды магн. бурь. Макс. число дней с П. с. достигается на геомагн. широте в более высоких широтах — значительно меньше. Т. о., макс. изохазма (линия на поверхности Земли, вдоль к-рой П. с. наблюдаются каждый день) располагается над центральной Аляской, сибирским побережьем Сев. Ледовитого ок., пересекает полуостров Таймыр, северную оконечность Скандинавии, юг Исландии и южную оконечность Гудзонова залива в Канаде. Согласно наблюдениям с помощью ав-томатич. камер, дискретные формы П. с. существуют практически постоянно вдоль овалов П. с., к-рые по одному в Северном н Южном полушариях фиксированы относительно направления на Солнце и как бы «висят» в пространстве над вращающейся Землёй, располагаясь эксцентрично геомагн. полюсу — нав дневном секторе и в ночном (рис. 2), постепенно изменяя шпроту в утреннем и вечернем секторах. С высот10000 км со спутников получены фотографии области свечения П. с. во всей области высоких широт (рис. 3).

Рис. 2. Овалы полярных сияний над поверхностью Земли: а — в виде узкого кольца в магнитоспокойные периоды и б — в виде заштрихованной области в магнитовозмущённые периоды. Цифрами указаны высоты овала над поверхностью Земли.

Рис. 3. Фотография овала полярных сияний в Северном полушарии (крестиком обозначен геомагнитный полюс).

Овал располагается в пределах полосы диффузного аврорального свечения, охватывающей также область широт к полюсу и к экватору от овала. Это слабое субвизуальное (ниже порога чувствительности глаза) свечение с интенсивностью 10 Рэлеев.

В магнитоспокойные интервалы овал П. с. очень узок; во время магн. возмущений он существенно расширяется, особенно на ночной стороне. Полярное диффузное свечение распространяется далеко к полюсу от овалов в магнитоспокойные интервалы, но прижимается к овалу в виде узкой полосы во время возмущений. В спокойные периоды в т. н. полярной шапке появляются ориентированные на Солнце дуги полярных сияний. Диффузное субвизуальное авроральное свечение распространяется и к экватору от овала.

Исследование спектра П. с. показало, что он состоит как из атомарных эмиссий, так и из систем полос нейтрального и ионизированного молекулярного азота и кислорода. Наиб. интенсивны эмиссии атомарного кислорода с длинами волн l = 557,7 нм (зелёная линия) и l = 630-636,4 нм (красный дублет) ионизированного молекулярного азота в эмиссиях 391,4; 427,8 и 522,8 нм (ближняя УФ-; фиолетовая и зелёная части спектра). Эмиссии кислорода соответствуют метастабильным состояниям со временем жизни соответствующих возбуждённых атомов 0,74 и 110 с. Поэтому красный дублет возбуждается только на высотах 150-400 км, где замедленно протекают процессы дезактивации возбуждённых атомов кислорода. В высотных П. с. (т. н. тип А) этот дублет доминирует. П. с. на сравнительно небольших высотах (80-90 км), где из-за гашения интенсивности зелёной и красной линий понижены, с развитыми системами молекулярных полос относятся к типу В. Дневной и ночной участки овала П. с. располагаются на разных высотах над поверхностью Земли — 150- 170 км днём и 100-120 км ночью. Это объясняет преобладание атомарных эмиссий в дневном секторе овала и появление полос молекулярных эмиссий заметной интенсивности в ночном.

Вторжения ионов водорода приводят к появлению в спектре П. с. эмиссий Балъмера серии. Наиб. интенсивна (до кРэлея) линия с l = 656,3 нм. Протоны, двигающиеся к Земле вдоль магн. силовых линий, нейтрализуются в результате процессов перезарядки уже на высотах в сотни км и движутся дальше как нейтральные атомы водорода. Возбуждаясь при столкновениях, эти атомы затем излучают, причём линии их спектра оказываются сдвинутыми по длине волны в результате Доплера эффекта .По сдвигу линии можно определить направление движения атомов и их энергию. Излучение сосредоточено на высотах более 130 км и обусловлено вторжением протонов с энергиями 1- 100 кэВ. В вечернем секторе оно располагается к экватору от овала в виде слабой светящейся полосы протяжённостью в неск. сотен км по широте. В П. с. наб- людаются также спектральные линии гелия. Эмиссия Не с l = 388,9 нм является характерной особенностью П. с. в полярной шапке.

Спектр П. с. меняется с широтой. В ср. широтах обыч- но преобладают красные сияния типа А, на широтах зоны П. с. в ночные часы — обычный (смешанный) тип, а также сияния типа В, в полярной шапке — сияния типа А. В приполюсной области после интенсивных хромо-сферных вспышек на Солнце возникает равномерное «свечение полярной шапки» в полосах нейтрального и ионизиров. азота, к-рое обусловлено непосредств. вхождением в атмосферу солнечных протонов с энергией 1 — 100 МэВ, проникающих до высот 20-100 км.

Рис. 4. а — Структурная схема основных плазменных доменов в магнитосфере Земли, к-рая рассечена вертикальной плоскостью полдень — полночь и экваториальной плоскостью утро — вечер, а также плоскостью поперёк хвоста магнитосферы.

Планетарная картина распределения аврорального свечения связана со структурой магнитосферы, с геометрией геомагн. поля и распределением в магнитосфере авроральной плазмы. Асимметричное расположение овала П. с. относительно геомагн. полюса обусловлено сжатием магнитосферы солнечным ветром на дневной стороне и образованием магн. хвоста на ночной. На рис. 4 приведены структурная схема расположения плазменных доменов в магнитосфере (рис. 4, а) и связь их с разл. типами аврорального свечения на высотах земной атмосферы (рис. 4, б). Для выявления внутр. структуры магнитосфера рассечена вертикальной плоскостью полдень — полночь и экваториальной плоскостью утро — вечер, а также плоскостью поперёк хвоста магнитосферы. На рис. 4(б) обозначены типы аврорального свечения цифрами 13 на ночной стороне и цифрами 4, 5 на дневной стороне. Эти же цифры даны на сечении магнитосферы.

Читайте также:  Стоимость ночные линзы для восстановления зрения

Рис 4. б — Типы аврорального свечения на высотах верхней атмосферы в увеличенном масштабе. На ночной стороне:

1 — приполюсное диффузное свечение, 2 — овал полярных сияний, 3 — экваториальное диффузное свечение. На дневной стороне: 4 — овал полярных сияний, 5 — приполюсное диффузное свечение, 6 — полярная шапка.

Показано, на какие структурные плазменные образования в магнитосфере проектируются разл. типы аврорального свечения. Овал П. с. 2 и 4 проектируется на низкоширотную (главную, центральную) часть плазменного слоя на ночной стороне Земли и на входной слой вблизи границы магнитосферы на дневной стороне. Экваториальное диффузное свечение 3 проецируется в магнитосферу на остаточный слой, в к-рый авроральные электроны с к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Релятивисты и позитивисты утверждают, что «мысленный эксперимент» весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: «Если факт не соответствует теории — измените факт» (В другом варианте » — Факт не соответствует теории? — Тем хуже для факта»).

Максимально, на что может претендовать «мысленный эксперимент» — это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие «мысленный эксперимент» придумано специально спекулянтами — релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим «честным словом». Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

источник

Почему же происходят полярные сияния?

Тайна полярных сияний оставалась нераскрытой в течение многих веков. Относительно их природы и происхождения было высказано много гипотез, подчас весьма наивных.

Так, например, считали, что полярные сияния являются отблесками солнца, опустившегося за горизонт. Предполагали так же, что это свет, который якобы испускают полярные льды во время особенно сильных морозов. Аристотель полагал, что «верхние слои воздуха, сгущаясь, могут воспламеняться»; в этом он ошибочно усматривал причину полярных сияний. В учебнике физики ХVIII в. в разделе, посвященном сияниям, утверждается, что «выскакивающие лучи не что иное суть, как зажженные горючие пары», и что «материя северного сияния и молнии одинаковая».

Все эти утверждения также являются ошибочными.

Именно М. В. Ломоносов высказал правильное предположение, что небесные сполохи, так называют полярные сияния жители Севера, в своей основе имеют электрическую природу. Он брал стеклянный шар, из которого был выкачан воздух, пропускал через него электрические заряды и получал нечто похожее на полярные сияния в миниатюре. Ученый полагал, что природа полярного сияния такая же, как и свечения газового разряда. Он писал: «Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые в мгновенье ока исчезают, и в то же время новые на их места выскакивают, так что беспрерывное блистание кажется. В северном сиянии всполохи или лучи вид подобный имеют». Отметим также опыты Ломоносова по наблюдению зеленого свечения ртутных паров в откачанной трубке с жидкой ртутью при резких встряхиваниях трубки. Это свечение в еще большей степени походило на холодное свечение полярных сияний.

Наблюдавшееся в опытах Ломоносова свечение в самом деле сродни свечению сияний. Забегая вперед, заметим, что во всех этих случаях наблюдается так называемое люминесцентное свечение. Правда, причины, вызывающие свечение паров ртути во встряхиваемой трубке, свечение в газовом разряде, полярное сияние, различны; здесь мы имеем дело с разными видами явления люминесценции.

Таким образом, хотя Ломоносов довольно близко подошел к пониманию природы полярных сияний: «. весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе Електрической силы. ». Независимо от него вывод о близости физической природы газового разряда и полярного сияния сделали Бенджамин Франклин и англичанин Ж. Кэнтон.

Исследования продолжались, ученые подтвердили предположение М. В. Ломоносова. Они заполняли полые трубки азотом, водородом, аргоном, неоном и другими разреженными газами и пропускали через них электрический ток. Опыты показали, что каждый газ светится по-своему: неон — красным, аргон — голубым, кислород — зеленым цветом и т. д. Научным путем было доказано, что полярные сияния действительно имеют электрическую основу.

Далее установлено, что свечение происходит в верхней части атмосферы — ионосфере — и возникает на высоте от 80 км и выше.

Активность полярных сияний зависит от состояния Солнца. Если на светящейся его поверхности — фотосфере — появляется много пятен, а это происходит примерно через каждые одиннадцать лет, то полярные сияния наблюдаются чаще и охватывают обширные пространства. В таких случаях их можно увидеть в Ленинграде, Москве и в более южных районах. Например, полярное сияние 4 февраля 1872 г. наблюдали почти на всем земном шаре.

Очень сильным полярное сияние было в ночь с 25 на 26 января 1938 г. Его видели жители почти всей европейской части нашей Родины.

Наша планета представляет собой гигантский магнит, и потому у нее есть свое огромное магнитное поле, которое оказывает влияние на многие природные процессы.

С поверхности Солнца выбрасывается огромный поток заряженных частиц (протонов и электронов), называемых «солнечным ветром»; сталкиваясь с различными атомами и молекулами воздуха в верхней части атмосферы, они порождают полярные сияния. Изучая их, ученые получают сведения о составе газов верхних частей атмосферы, о скорости и энергии частиц «солнечного ветра», одновременно исследуются процессы, связанные с возникновением магнитных бурь.

Ученым стало, известно, что полярные сияния и магнитные бури — явления взаимосвязанные. Интенсивные полярные сияния вызывают сильные возмущения в магнитном поле Земли — разражаются мощные магнитные бури. Это ничего хорошего не сулит, ибо нарушается нормальная работа телеграфа, телефона, радиосвязи, сильно «шалит» стрелка компаса.

По-настоящему загадку полярных сияний удалось разгадать лишь в наше время. И хотя здесь еще осталось немало невыясненных вопросов, все же картина в целом вполне ясна. Это стало возможным благодаря развитию современной физики и успехам в области космических исследований.

В конце 50-х — начале 60-х проводились такие научные мероприятия, в результате которых был собран настолько большой фактический материал, что стало возможным составить более полное представление о физических свойствах полярной ионосферы, о природе геомагнитных бурь и полярных сияний.

В январе 1975 г. русские и французские ученые произвели грандиозный эксперимент «Аракс». Слово это составлено из начальных букв французских слов, которые означают: искусственное полярное сияние — Кергелен — Советский Союз.

С острова Кергелен в Индийском океане была запущена ракета «Эридан» с электронной пушкой, созданной нашими учеными. В заданное время в атмосферу был выброшен поток заряженных частиц, вызвавший над северной тайгой искусственное полярное сияние, зарегистрированное установками в Пинежском районе. И, хотя сияние было слабым и коротким, и погода не благоприятствовала проведению эксперимента, все же опыт удался. Перед учеными открылась перспектива более углубленного познания процессов, совершающихся в околоземном пространстве.

источник

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

Урок занимательной физики в 9 классе

1 обеспечить отработку практических навыков за курс основной школы через проведение экспериментов

2 обеспечить развитие кругозора учащихся через просмотр фильма

3 обеспечить воспитание уверенности, прививать чувства коллективизма через групповые формы работы

ИКТ, оборудование для опытов, видеосюжет

2 Сообщение темы урока, целей, создание рабочих групп

2 определить выталкивающую силу

3 зарядить тело, поделить заряд пополам

4 уравновесить силу в два ньютона силой в четыре ньютона

5 соберите действующую электрическую цепь

2 что такое северное сияние


Это действительно сверкающее многоцветное сияние на небе. Типичное северное сияние выглядит как сияющая занавеска , переливающаяся сине — зелеными огнями с вкраплениями розового и красного. Эти цветные лен ты имеют ширину до 160 километров, а длину до 1600 километров. Танцующее в темном небе, как языки пламени, северное сияние — завораживающее и чарующее зрелище. Северное сияние происходит на Земле. Но вызвано оно процессами, происходящими на Солнце. Вот как это получается.

Солнце — это раскаленный газовый шар, состоящий из атомов водорода и гелия. В ядре этих атомов находятся частицы, которые называются протонами. Вокруг протонов вращаются другие частицы. Они называются электронами. Протоны несут единичный положительный заряд, электроны — отрицательный. Облако сверх горячего газа, окутывающее Солнце (солнечная корона), постоянно выбрасывает в пространство во всех направлениях частицы и осколки атомов. Эти кусочки летят в космосе со скоростью 960 километров в секунду. Такие потоки называются солнечным ветром. Иногда корона буквально взрывается вихрем частиц, добавляя новые раскаленные порции к солнечному ветру.

Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы попадают в ее магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля проходят в космическом пространстве, а сходятся у Северного и Южного полюсов Земли. Короче, Земля — это гигантский магнит . Магнетизм Земли обусловлен, как полагают, электрическими токами, индуцированными вращением железного ядра Земли. Чтобы посмотреть, как действует магнит, положите на него лист картона и насыпьте сверху железные опилки или мелкие гвоздики. Опилки или гвозди расположатся по кривым линиям, совпадающим с силовыми линиями магнитного поля.

Магнитное притяжение Земли как бы засасывает пролетающие мимо нее заряженные частицы. Эти притянутые частицы движутся в виде длинных «лучей» вдоль силовых линий магнитного поля, которые уходят под землю в области магнитных полюсов. Эти полюса находятся вблизи Северного и Южного полюсов Земли, хотя и не совпадают с ними. Летящие вдоль силовых невидимых линий частицы «бесцеремонно затаскиваются» в атмосферу вблизи полюсов. И тут — то все начинается.

Земля — не единственная планета, где бывает северное сияние. На Юпитере небеса в районе Северного полюса полыхают еще грандиознее.

Атмосфера нашей матери Земли состоит в основном из азота и кислорода. Когда электроны и протоны, выброшенные с Солнца, вторгаются в атмосферу, они неизбежно сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые из атомов теряют часть своих электронов, другие — «возбуждаются», получая дополнительную энергию. Когда атом «успокаивается» после столь бурной атаки, то есть возвращается в нормальное энергетическое состояние, он испускает световой фотон. Молекулы азота при столкновении обычно теряют электроны. При этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота возбуждается без потери электрона, то происходит испускание лучей красной части спектра. Когда солнечный ветер сталкивается с молекулами кислорода, потери электронов никогда не происходит. Молекула возбуждается, а затем испускает кванты зеленого и красного света.

Заряженные частицы Солнца заставляют воздух земной атмосферы переливаться разными цветами это и есть северное сияние.

На Северном полюсе северное сияние бывает почти каждую ночь

источник

Одним из красивейших оптических явлении природы является полярное сияние. Невозможно передать словами красоту полярных сияний, переливающихся, мерцающих, пламенеющих на фоне темного ночного неба в полярных широтах.

В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета (см. рисунок).

Полярные сияния наблюдают в двух основных формах — в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Однако многие ленты исчезают, не успев разбиться на пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает несколько сотен метров, причем он так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно отчетливо и резко очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний — постепенно теряется в высоте, и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства.

На рисунке 88 схематически изображены различные виды сияний в зависимости от высоты, на которой они возникают.

Различают четыре типа полярных сияний (рис. 89):

однородная дуга — светящаяся полоса имеет наиболее простую, спокойную форму. Она более ярка снизу и постепенно исчезает кверху на фоне свечения неба (рис. 89, а);

лучистая дуга — лента становится несколько более активной и подвижной, она образует мелкие складки и струйки (рис. 89, б);

лучистая полоса — с ростом активности более крупные складки накладываются на мелкие (рис. 89, в);

при повышении активности складки или петли расширяются до огромных размеров (до сотни километров), нижний край ленты ярко сияет розовым светом (рис. 89, а). Когда активность спадает, складки исчезают и лента возвращается к однородной форме. Это наводит на мысль, что однородная структура является основной формой полярного сияния, а складки связаны с возрастанием активности.

Часто возникают сияния иного вида. Они захватывают весь полярный район и оказываются очень интенсивными. Происходят они во время увеличения солнечной активности. Эти сияния представляются в виде беловато-зеленого свечения всей полярной шапки (рис. 90). Такие сияния называют шквалами.

По яркости сияния разделяют на четыре класса, отличающиеся друг от друга на один порядок (т. е. в 10 раз). К первому классу относятся сияния, еле заметные и приблизительно равные по яркости Млечному Пути, сияние же четвертого класса освещает Землю так ярко, как полная Луна.

Надо отметить, что возникшее сияние распространяется на запад со скоростью примерно 1 км/сек. Верхние слои атмосферы в области вспышек сияний разогреваются и устремляются вверх, что сказалось на усиленном торможении искусственных спутников Земли, проходящих эти зоны.

Во время сияний в атмосфере Земли возникают вихревые электрические токи, захватывающие большие области. Они возбуждают дополнительные неустойчивые магнитые поля,- так называемые магнитные бури. Во время сияний атмосфера излучает рентгеновские лучи, которые, по-видимому, являются результатом торможения электронов в атмосфере.

Интенсивные вспышки сияния часто сопровождаются звуками, напоминающими шум, треск. Полярные сияния вызывают сильные изменения в ионосфере, что в свою очередь влияет на условия радиосвязи. В большинстве случаев радиосвязь значительно ухудшается. Возникают сильные помехи, а иногда полная потеря приема.

Земля представляет собой большой магнит (причина земного магнетизма не выяснена), южный полюс которого находится вблизи северного географического полюса (71° с. ш., 96° з. д.), а северный — вблизи южного (173° ю. ш., 156° в. д.). Силовые линии магнитного поля Земли, называемые геомагнитными линиями, выходят из области, прилегающей к северному магнитному полюсу Земли, охватывают Земной шар и входят в него в области южного магнитного полюса, образуя тороидальную (бубликовидную) решетку вокруг Земли (рис. 91, 92).

Долго считали, что расположение магнитных силовых линий симметрично относительно земной оси. Теперь выяснилось, что так называемый «солнечный ветер» — поток протонов и электронов, излучаемых Солнцем (особенно активно во время вспышек на Солнце), налетая на геомагнитную оболочку Земли с высоты около 20 000 км, оттягивает ее назад, в сторону от Солнца, образуя у Земли своеобразный магнитный «хвост» (рис. 92). В результате магнитное поле приобретает форму, о которой можно судить по рисункам 91—93.

Читайте также:  С точки зрения кибернетического подхода информация это

Для понимания дальнейшего надо вспомнить, как движется заряженная частица в магнитном поле: а) в случае, если она летит перпендикулярно магнитным силовым линиям (рис. 93, а);

б) под углом к силовым линиям (рис. 93, б). В последнем случае она движется по спирали, тем более вытянутой, чем меньше угол ос между линиями индукции поля В и скоростью частицы v.

Отсюда следует, что электрон или протон, попавшие в магнитное поле Земли, движутся по спирали, как бы навиваясь на геомагнитную линию (см. рис. 88). Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, разделяются на две части. Часть из них вдоль магнитных силовых линий сразу стекает в полярные области Земли; другие попадают внутрь тороида и движутся внутри него, как это можно установить по правилу левой руки, вдоль замкнутой кривой АВС (рис. 93, в). (Электроны движутся в обратную сторону.) Эти протоны и электроны в конце концов по геомагнитным линиям также стекают в область полюсов, где возникает их увеличенная концентрация. Протоны и электроны производят ионизацию и возбужение атомов и молекул газов. Для этого они имеют достаточно энергии, так как npoтоны прилетают на Землю с энергиями 10 000 — 20 000 эв (1 эв = 1,6 * 10 -19 дж), а электроны—с энергиями 10 — 20 эв. Для ионизации же атомов нужно: для водорода — 13,56 эв, для кислорода — 13,56 эв, для азота — 14,47 эв, а для возбуждения и того меньше.

Возбужденные атомы газов отдают обратно полученную энергию в виде света, наподобие того, как это происходит в трубках с разреженным газом при пропускании через них токов.

Спектральное исследование показывает, что зеленое и красное свечение принадлежит возбужденным атомам кислорода, инфракрасное и фиолетовое — ионизованным молекулам азота. Некоторые линии излучения кислорода и азота образуются на высоте 110 км, а красное свечение кислорода — на высоте 200—400 км (см. рис. 88). Другим слабым источником красного свечения являются атомы водорода, образовавшиеся в верхних слоях атмосферы из протонов, прилетевших с Солнца. Захватив электрон, такой протон превращается в возбужденный атом водорода и излучает красноватый свет. Это излучение на рисунке 88 изображено как слабое свечение типа А.

Вспышки сияний обычно происходят через день-два после вспышек на Солнце. Это подтверждает связь между этими явлениями. Исследования при помощи ракет показали, что в местах большей интенсивности сияний имеется более значительная ионизация газов электронами.

В последнее время советские ученые установили, что полярные сияния более интенсивны у берегов океанов и морей. Это, видимо, связано с электрическими токами, протекающими в водах вблизи их берегов.

Однако научное объяснение всех явлений, связанных с полярными сияниями, встречает ряд трудностей. Например, неизвестен точно механизм ускорения частиц до указанных выше энергий, не вполне ясны их траектории в околоземном пространстве, не все сходится количественно в энергетическом балансе ионизации и возбужения частиц, не вполне ясен механизм образования свечения различных видов, неясно происхождение звуков. Все эти вопросы требуют объяснения, а поэтому многие полярные станции в России и других странах ведут тщательные наблюдения, накапливают факты, разрабатывают их теоретически.

Большую помощь в этом оказывают искусственные спутники, автоматические станции и космонавты, наблюдающие атмосферу и полярные сияния из космоса.

источник

Продолжаем изучать предпочтение читателей этого бложика в форме стола заказов декабря. Пришла очередь второй заявочки, а значит мы слушаем dr_axon :

«. про северное сияние не было?» — нет не было. Рассказываю .

Полярное сияние (лат. Aurora Borealis, Aurora Australis) — свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. В Северном полушарии его называют также северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария – южным.

В тишине бескрайней арктической тундры странные огни играют зимой в небесах. Сходные дуги и вспышки сияют и на дальнем юге — лучше всего наблюдать их на антарктическом континенте в ясные, чрезвычайно холодные зимние ночи.

Можно увидеть эти огни и в более низких широтах.

Когда они появлялись в небесах средневековой Европы, хронисты объясняли это тем, что это великаны сражаются в небе, или что с небес летят на землю сверкающие разноцветными огнями копья. По старинным финским легендам, это лисы охотятся на сопках и чешут бока о скалы так, что искры летят на небо, превращаясь в северное сияние.

Они, строго говоря, вовсе не относятся к земным явлениям, поскольку вызваны Солнцем и развертываются высоко над Землей. Периодически на Солнце происходит вспышка, равная по высвобождаемой энергии взрыву невообразимого числа атомных бомб, и в космос выбрасывается масса частиц, мчащихся со скоростью света. Отклоняясь под действием магнитного поля Земли, они ударяются об атмосферные частицы, сообщая им электрический заряд. Избавляясь от заряда, частицы начинают «светиться» — этот процесс и дает свет, творя представление в ночных небесах.

А причина того, что сияние облюбовало именно полярные регионы, кроется в магнитных полях: они отклоняют частицы, устремляющиеся к экватору, и направляют их к магнитным полюсам Земли.

Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем.

Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы). Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика. Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.Полярное сияние

В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызванынизкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы.

При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние.

Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой в соответствии с барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте около 110 км.

Кроме того, эти факторы обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет около 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16o, на ночной — 20—23o.

Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на 12o, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70o, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25o южнее или севернее границ их обычного проявления.

Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям.

Полярное сияниеВо время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии (во время одного из зарегистрированных в 2007 году возмущений — 5×1014 джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.

При наблюдении с поверхности Земли полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.

Первым ученым, высказавшем правильное толкование природы полярных сияний в своей работе: «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих», был сын холмогорского помора Михайло Ломоносов, самолично их наблюдавший.

Но дальше общих высказываний на эту тему дело не сдвинулось еще полтора века, пока в 1882-1884 гг. не был организован Первый международный полярный год. Но не все ученые жаждали отправляться за открытиями в полярные районы, некоторые попытались воспроизвести полярное сияние в лабораторных условиях. Наибольшую известность приобрел проведенный в конце XIX века эксперимент Биркеланда.

Основываясь на правильном представлении, что полярные сияния вызываются потоком солнечных корпускул, учёный предположил, что магнитное поле Земли должно искривлять их траектории и концентрировать возле магнитных полюсов. С этой целью он создал маленькую модель Земли, которую назвал «терреллой» (уменьшительное от «Терра»-«Земля»).
Полярное сияниеВнутри модели был расположен электромагнит, позволявший менять напряженность магнитного поля, а ее поверхность была покрыта составом, светящимся под действием катодных лучей. «Террелла» была помещена в камеру, из которой был выкачан воздух, чтобы имитировать верхнюю атмосферу Земли. Создав внутри камеры поток катодных лучей, заменявших солнечный корпускулярный поток, и меняя положение модели относительно этого потока, Биркеланд наблюдал, как эти лучи сосредотачиваются возле магнитных полюсов, вызывая свечение, аналогичное наблюдаемому в природе полярному сиянию.

Позже было обнаружено, что полярное сияние сопровождается на поверхности Земли не только магнитными явлениями, но и электрическими. И первыми с ними столкнулись в ХIX веке канадские связисты, прокладывавшие первые телеграфные, а затем и телефонные линии на севере страны. Ради экономии дефицитного провода такие линии вначале делали однопроводными, используя в качестве второго провода землю. И почти сразу же железнодорожники, рядом с путями которых появились линии связи, попытались использовать их для своих целей.

Чтобы связаться с любой точки трассы с диспетчером, поезд останавливался, помощник машиниста спрыгивал на насыпь с небольшим ящичком в руке (вначале с телеграфным, а затем и телефонным аппаратом), присоединял один из проводов к рельсу, а другой с помощью длинной штанги, похожей на троллейбусную, цеплял за провод линии связи.
Но не дПолярное сияниеай бог, если в это время вспыхивало полярное сияние: при плохом контакте с рельсом «связист» поражался сильнейшим электрическим разрядом, и машинист надолго оставался без помощника.

Но доставалось и обычным связистам. Как отмечено в исторической хронике XIX века: «Электрические пертурбации, возникавшие в 1848, 59, 72, 83 и 94-м годах не только сопровождались ярким северным сиянием, но и усилением теллурических токов. Эти пертурбации настолько сильно давали о себе знать на севере Европы и в Северной Америке, что телеграфные сношения были прерваны на много часов. Земные токи, проходившие осенью 1859 года по телеграфным проводам, были настолько сильны, что из аппаратов выбрасывались целые снопы пламени, которые исчезали лишь по выключении земных проводов».

В 30-е годы ХХ века началось интенсивное освоение полярных районов СССР. Для обеспечения судоходства и авиации на побережье Северного Ледовитого океана строились полярные станции, геофизические обсерватории, радиоантенны. Тогда связь по радио осуществлялась либо на длинных волнах, требовавших больших мощностей передатчиков и громоздких антенн, либо на коротких, при значительно меньших мощностях.

Но как только начинался сезон полярных сияний, связь на КВ прерывалась, иногда на много дней. В те же годы от полярников стали поступать странные сообщения о звуках, якобы сопровождающих полярные сияния. Это явление пытались объяснить психофизическими реакциями ослабленного болезнями и плохим питанием организма.

Приходится предположить, что природа этих звуков аналогична природе звучания электрофонных болидов (и там и там звук возникает мгновенно при возникновении некоторых форм быстро движущихся сияний, либо при пролете болида), т.е. этот «звук» имеет электромагнитную природу.

В 1957-1958 гг. состоялся Первый Международный Геофизический год (МГГ), во время которого были проведены первые надежные приборные исследования сияний. И сразу было обнаружено множество ранее неизвестных эффектов.
В частности, что полярные сияния после мощных солнечных вспышек синхронно вспыхивают на обоих полюсах Земли. Тогда же были зафиксированы и «невозможные» звуки от некоторых форм полярных сияний на поверхности Земли, правда, в инфразвуковом диапазоне. А заодно и биологически активные электромагнитные вариации в диапазоне 7 — 13 Герц.

Был исследован и так называемый «береговой эффект полярных сияний» — это когда формы спокойного сияния наблюдаются только над морем и не проникают на территорию над берегом, зачастую повторяя его форму, — в небе возникает своеобразная «небесная карта».

Существует также психофизическое явление, названное как «меряченье». У разных народов севера это явление наблюдается по-разному, но многие его элементы схожи.

Во время полярного сияния целое северное селение может забросить все дела, собраться в одном месте и начать пританцовывать, дергаться или раскачиваться словно по команде невидимого дирижера. Иногда такое состояние может продолжаться несколько часов.

Когда один врач успел на собачьей упряжке быстро достичь другого селения, то он с изумлением обнаружил, что его жители занимаются тем же самым. Он впервые и высказал идею, что «мерячка» возникает под действием некоего глобального геофизического фактора, как-то связанного с полярным сиянием.

Полярное сияниеИ, наконец, последнее и вовсе уникальное явление. Ряд путешественников, волею обстоятельств оказавшихся в полярных районах зимой, иногда наблюдали, как в сполохах и лентах небесного огня начинают формироваться миражи каких-то зданий, фантастических кораблей, а то и животных. Например, в альманахе «Вселенная и человечество», изданном в самом начале ХХ века, есть фотография громадной змеи с головой кобры, свернувшейся в несколько колец и отпочковавшейся от обычной лучистой дуги сияния.

Видели полярные сияния и в южном полушарии. Английский мореплаватель Джеймс Кук (1728-1779 гг.) был одним из первых, кто не только дал их описание в южном полушарии, но и обратил внимание на то, что полярные сияния появляются в высоких широтах обоих полушарий одновременно.

Полярное сияние — завораживающее зрелище. Огромные арки переливающихся огней расцвечивают небо всеми цветами спектра — от фиолетовато-белого до желто-зеленого и оранжево-красного.

Хотя эти танцующие огни и получили научное объяснение, они сохранили ауру таинственности и репутацию одного из самых ярких явлений природы.

Страничка SpaceWeather.com, предназначена для широкой публики и великолепно разъясняет явления ближайшего космоса, а также дает точные прогнозы появления северного сияния.

Информация в реальном времени о возмущениях магнитного поля, вызываемых именно северным сиянием, найдется на страничке геофизической обсерватории города Соданкюля, где представлена магнитограмма обсерватории. Если на кривых, описывающих возмущения, наблюдается мгновенное колебание в 1000nT (меньшего тоже хватит), то повышается вероятность появления в небе северного сияния вплоть до южной Финляндии.

Астрономы, которые наблюдают за Солнцем в большой телескоп, могут предсказать сияние. Солнце спокойно – сияний нет. Появляются на Солнце пятна, или языки пламени, — жди на Земле сияния. Обычно сияния бывают в Заполярье, но иногда сияния бывают и в теплых краях.

В древних рукописях появление полярного сияния отмечено даже в Египте и Риме.

А вот в 1111 году при сражении на Дону малочисленных русских войск с бесчисленными полками половцев, победа оказалась на стороне русских. Русичи решили, что им помогали небесные ангелы, а на самом деле половцев устрашили диковинные картины полярного сияния, которое разыгралось на небосклоне с той стороны, откуда наступали русские дружины.

А 5 апреля 1242 года на Чудском озере в самый разгар Ледового побоища небосвод на севере начал светлеть, затем вспыхнул мерцающим пламенем. Русские решили, что это божье знамение, и войска под руководством Александра Невского одержал

источник