ФЭНДОМ



Полярное сияние — свечение верхних слоев атмосферы, вызванное возбуждением атома и молекул на высотах 90-1000 км потоками электронов и протонов с энергиями от сотен эВ до десятков кэВ, вторгающихся в атмосферу из космоса.

1

Природа явления Полярное  сияние- конечный результат сложных процессов в околоземном пространстве, где происходит ускорение заряж. частиц, которые 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, то есть появляется Полярное  сияние. Спектроскопические измерения позволяют судить о величине энергии вторгающихся частиц, так как. эффективность  сечения возбуждения эмиссий по-разному зависят от энергии частиц, а эффективность гашения зависит от частоты соударений, то есть от высоты. Кроме того, глубина проникновения корпускул в атмосферу непосредственно связана с их энергией. Особенности спектра дают сведения о температуре слоев атмосферы, которые пересекают корпускулы, их плотности и составе, степени ионнизации и ветрах на этих высотах. Однородное высыпание авроральной радиации в верхнюю атмосферу вызывает диффузное свечение, которое несёт основную 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, которые обычно и называют Полярное  сияние. Эти дискретные формы свечения интенсивностью от 1 до десятков кРэлей вызываются концентриров. вторжениями пучков электрона, ускоренных к Земле электрическим полем вдоль магнитных силовых линий. Исследования Полярное  сияние. показали, что частота их появления и интенсивность, особенно в средних широтах, явно коррелируют с активностью Солнца.

Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.

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 ~110 км. Кроме того, эти факторы обусловливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полу

шарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли 

Поляр

— авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления. 

В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивно излучение основных компонентов атмосферы - азота и кислорода, при этом наблюдаются их линии излучен

ия как в атомарном, так и молекулярном (нейтральные молекулы и молекулярные ионы) состоянии. Самыми интенсивными являются линии излучения атомарного кислорода и ионизированных молекул азота.

Свечение кислорода обусловлено излучением возбужденных атомов в метастабильных состояниях с длинами волн 557.7 нм (зелёная линия, время жизни 0.74 сек.) и дублетом 630 и 636.4 нм (красная область, время жизни 110 сек). Вследствие этого красный дублет излучается на высотах 150-400 км, где вследствие высокой разреженности атмосферы низка скорость гашения возбужденных состояний при столкновениях. Ионизированные молекулы азота излучают при 391.4 нм (ближний ультрафиолет) 427.8 нм (фиолетовый) и 522.8 нм (зелёный).

2

Спектр полярных сияний меняется с высотой и зависимости от преобладающих в спектре по

лярного сияния линий излучения полярные сияния делятся на два типа: 

высотные полярные сияния типа A с преобладанием атомарных линий и полярные сияния типа B на относительно небольших высотах (80-90 км) с преобладанием молекулярных линий в спектре вследствие столкновительного гашения атомарных возбужденных состояний в сравнительно плотной атмосфере на этих высотах.

Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии

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.

 Искусственно созданные

Полярные сияния можно создать искусственно и затем изучать. Этому был посвящен, например, советско-французский эксперимент АРАКС, проведённый в 1975 году