Как образуются северные сияния


Полярные сияния принадлежат к числу красивейших и вели­чественнейших явлений на земном шаре. Слова бессильны описать не видевшему их человеку как белизну и прозрачность спокойного и непо­движного свечения, так и буйный разгул красок извивающегося в небе «занавеса» или «драпри» мощного сияния. На рис. 24 даны фотографии разных типов сияний, хотя, к сожалению, они очень слабо отражают действительность.

Полярные сияния, или, как их называют на нашем севере, — «спо­лохи», в умеренных широтах северного полушария видны в северной части горизонта. Поэтому их часто называют северными сияниями. Собрав ведущиеся в разных местах регулярные наблюдения над этим явлением, нанеся число наблюдавшихся в каждом пункте полярных сияний на кар­ту и соединив линиями точки с одинаковым их числом, мы получим схему, показанную на рис. 25. Линии одинаковой повторяемости сияний пред­ставляют собой, как это видно на рисунке, замкнутые кривые с центром в районе Северной Гренландии и Канадского архипелага.

Цифры, поставленные на линиях, обозначают среднюю повторяемость полярных сияний в году. Меньше всего сияний бывает на юге. Чаще всего (в среднем 109 в течение одного года) сияния наблюдаются на линии, проходящей южнее Исландии, через север Скандинавии, Новую Землю, мыс Челюскина, северные районы Америки. Дальше к северу число поляр­ных сияний вновь уменьшается. Несколько севернее линии наибольшей повторяемости сияний лежит линия нейтральных направлений. В зоне этой линии сияния видны или прямо над головой или одинаково часто как в северной, так и в южной частях неба. В умеренных широтах, находясь южнее этой зоны, мы видим сияния на севере, но для наблюдателя, находящегося севернее (например, на Земле Франца Иосифа, Шпицбергене, севере Гренландии), сияния будут видны преимущественно в южной части горизонта и, следовательно, название «северное» будет здесь неточным, для этого наблюдателя такие сияния будут «южными». Проставленные на карте на замкнутых линиях цифры дают среднюю многолетнюю повто­ряемость полярных сияний. В отдельные годы число сияний бывает много больше. Иногда сияние удается увидеть и далеко на юге. Так было, на­пример, в Крыму и на Черноморском побережье 25 января 1938 года, 24 марта 1940 года, 5 марта 1941 года и 4—5 и 12 февраля 1943 года. Необычайно интенсивное полярное сияние наблюдалось 25 января 1909 года. Оно было видно на всем северном полушарии вплоть до экватора и даже в близких к нему районах южного полушария.

Достоверно и давно установлена связь полярных сияний с солнечной деятельностью. Хорошо заметен двадцатисемидневный период, соответ­ствующий времени обращения Солнца вокруг оси. Еще лучше выявляется одиннадцатилетний период, совпадающий с таким же периодом колеба­ний солнечной активности.

Высота полярных сияний над земной поверхностью определена тоже давно. В начале текущего столетия с помощью фотографии эти данные были уточнены; для этого одновременно производились фотографические снимки на двух станциях, расположенных на расстоянии нескольких де­сятков километров друг от друга. Сопоставление и измерение фотографий дают возможность с большой точностью вычислить действительную высоту сияния. Нижняя граница полярных сияний встречается на высотах от 65 до 180 километров. Чаще всего встречаются высоты в 100 и 106 кило­метров. Верхняя граница сияний колеблется от 650 до 1 100 километров. Как мы знаем, на этих высотах атмосфера находится в крайне разрежен­ном состоянии. Это обстоятельство давно явилось поводом для отожде­ствления полярных сияний со свечением разреженного газа в закрытых трубках при пропускании через него электрического тока. В данном слу­чае свечение вызывается действием Солнца. Природой полярных сия­ний много и успешно занимался М. В. Ломоносов.

Прежде чем вкратце изложить современные соображения о теории полярных сияний, нам придется еще более кратко напомнить основные взгляды на некоторые явления, связанные с магнетизмом. Мы все знаем свойство подвижной магнитной стрелки поворачиваться одним концом на север (в южном полушарии — на юг). Это ее свойство используется в широко распространенных компасах всех видов. Известно, что магнитная стрелка направляется не прямо на север (или юг), то есть не на северный (или южный) географический полюс, а немного отклоняется от этого на­правления. Нанеся на карту направления, указываемые магнитными стрелками на всем полушарии (или на всем земном шаре), мы установим, что все они сходятся к одной точке на каждом из полушарий. Эти точки называются магнитными полюсами Земли. Область, лежащая в центре системы линий на карте одинаковой повторяемости полярных сия­ний, совпадает с северным магнитным полюсом. Такая согласованность двух явлений заставляет предположить наличие между ними внутренней связи. На самом деле так оно и есть.

Если мы возьмем обычный намагниченный стальной стержень, то концы этого стержня будут обладать свой­ствами, аналогичными тем, которые имеют концы магнит­ной стрелки в компасе.

Если, мы накроем такой магнит куском стекла или картона и насыплем на этот картон железные опилки, а затем станем легкими щелчками по картону встряхивать опилки, то скоро они расположатся правильными зам­кнутыми линиями, выходящими из одного полюса и вхо­дящими в другой (рис. 26). Такое расположение опилок отражает вид и характер распределения так называемых магнитных силовых линий. Заметим, что эти линии рас­ходятся веерообразно от каждого из полюсов.

Такой же результат мы получим и в том случае, если вместо намаг­ниченного стального стержня возьмем стержень из мягкого железа, обмо­танный проволокой, по которой будем пропускать электрический ток. Та­кие электромагниты широко применяются в различных областях техники.