Полярные сияния


Одно из самых замечательных явлений полярных стран — это полярные сияния.

Область распространения полярных сияний вообще очень велика: они иногда отмечаются даже в районе экватора; однако чаще всего полярные сияния наблюдаются в высоких широтах. Область максимальной повторяемости полярных сияний расположена на расстоянии примерно 2500 километров от магнитного полюса. Она опоясывает северную полярную область в виде эллипса, длинная ось которого проходит приблизительно от южной оконечности Гренландии к Чукотскому полуострову.

Пояс максимальной повторяемости полярных сияний, или, как его иногда называют, зона полярных сияний, проходит вдоль северного побережья Норвегии, через Новую Землю, южнее мыса Челюскина, по северной части Канады и южной оконечности Гренландии. К северу и к югу от этого пояса повторяемость полярных сияний уменьшается, причем само явление становится менее грандиозным.

Наблюдения последних лет показали, что зона полярных сияний не остается неподвижной; она перемещается то к югу, то к северу, причем эти перемещения связаны с одиннадцатилетним циклом колебаний солнечной деятельности. В годы максимума солнечной деятельности этот пояс сдвигается несколько к югу, а в годы минимума — к северу. Кроме того, было установлено, что во время сильных магнитных возмущений, которые чаще всего наблюдаются в годы максимальной солнечной деятельности, полярные сияния опускаются в более южные широты; чем сильнее эти возмущения, тем дальше на юг продвигаются полярные сияния.

Карта повторяемости полярных сияний
Карта повторяемости полярных сияний

В местах, расположенных в зоне максимальной повторяемости, полярные сияния наблюдаются чуть ли не каждый день. Севернее этой зоны полярные сияния бывают хотя и реже, но все-таки в достаточно большом количестве. Еще Ф. Нансен писал, что зимой не проходило ни одного дня без того, чтобы он со своими спутниками не наблюдал полярных сияний, причем одинаково часто как на северной, так и на южной стороне небосклона.

Южнее максимальной зоны полярные сияния наблюдаются значительно реже, а в низких широтах их можно видеть только в исключительных случаях.

Формы полярных сияний чрезвычайно разнообразны. Тем не менее оказалось возможным объединить все обилие видов полярных сияний в два класса. К первому классу относят сияния простые, нелучистой структуры; они имеют обычно форму однородных дуг или диффузного излучения, напоминающего до некоторой степени свечение Млечного пути. Ко второму классу относят сияния лучистые; они имеют форму либо отдельных цветистых лучей, либо колеблющегося и быстро перемещающегося занавеса, или драпри.

Простые полярные сияния наблюдаются на высоте 400-500 километров, хотя в некоторых случаях они достигают высоты 700 километров. Иногда полярные сияния наблюдаются даже на высоте 1000-1100 километров. Обычно эти сияния протекают спокойно и не сопровождаются магнитными бурями. 

Лучистым сияниям, наоборот, сопутствуют сильные магнитные бури; полярные сияния этого класса проникают глубже в атмосферу и располагаются приблизительно на высоте 100 километров, а иногда и ниже. Они более подвижны, чем простые сияния, быстро меняют яркость, форму и окраску, переливаясь всеми цветами радуги.

По наблюдениям на «Г. Седове», с 27 октября 1938 года по 13 января 1940 года в центральной части Арктики зарегистрировано около 100 полярных сияний, причем наибольшее количество их, как правило, падает на декабрь и январь. В эти месяцы полярные сияния наблюдались почти ежедневно; они имели самую разнообразную форму: свечение, дуги, драпри, лучи и короны. Одно из таких интенсивных сияний участник дрейфа В. X. Буйницкий описывает следующим образом: «18 января. В продолжение вахты с 4 до 8 часов почти непрерывно наблюдалось редкое по красоте и силе полярное сияние. Это была полная корона, лучи которой доходили до самого горизонта, причем вершина ее представлялась в виде туманного круга, из которого выходили чрезвычайно подвижные и яркие лучи. К 7 часам 30 минутам корона начала исчезать, и к 13 часам сияние совершенно исчезло. Временами интенсивность свечения короны становилась настолько значительной, что на снегу и особенно на гранях ропаков можно было отчетливо наблюдать излучаемый сиянием бледный, зеленовато-фосфорический свет».

Как уже указывалось выше, сильные магнитные бури сопровождаются полярными сияниями. Иногда эти сияния достигают весьма большой интенсивности. Одно из таких сияний описано С. И. Исаевым:

«Магнитная буря во время сияния 25-26 января (1938 год) началась внезапно резким броском в магнитных элементах в 11 часов 50 минут 25 января (по Гринвичу). Эта буря была зарегистрирована всеми полярными обсерваториями и наблюдалась на всем земном шаре.

Величины земных токов во время этой бури в 25 раз превышали нормальные значения. Характерной особенностью сияний 22-23-го и 25-26 января было преобладание красного цвета. К сожалению, сильная облачность мешала в эти дни наблюдениям на наших станциях.

Наиболее благоприятными по условиям для наблюдения сияний 22-23-го и 25-26 января оказались районы дрейфа станции «Северный полюс-1» и дрейфа «Малыгина».

22-23 января в районе дрейфа «Малыгина» около 16 часов поясного времени, после окончания сумерек, появилась подвижная лента средней интенсивности, ярко-розового цвета. Наибольшей активности сияние достигло между 18 и 19 часами. В это время наблюдались разнообразные формы (ленты, лучи, туманности), разбросанные по всему небу; интенсивность их беспрерывно менялась (сияние «играет»). Цвет сияния был розовый и фиолетовый. Последние отблески сияния исчезли после 8 часов.

Что в это время наблюдалось на станции «Северный полюс»?

До 12 часов (московского времени) была сплошная облачность. С прояснением, в срок между 12-13 часами, появилась слабая неподвижная лучистая дуга красного цвета.

Вновь сияние вспыхнуло между 21-22 часами и непрерывно продолжалось до светлого времени 23 января. Формы сияний наблюдались самые разнообразные, преимущественно лучистого строения, некоторые из них сопровождались движениями...

Первые следы сияния 25-26 января в районе дрейфа «Малыгина» были зарегистрированы в 17 часов. Сияние появилось в виде слабой полосы белого цвета и начало постепенно разгораться. В 22 часа южная часть небосвода была покрыта мощным сильноподвижным сиянием. Ленты располагались в виде концентрических кругов, окаймляющих друг друга в четыре ряда. Зеленая окраска в нижней части переходила в розовую в верхней. К концу наблюдений этого срока сияние в южной части стало затухать, но разгорелось вновь в северной части и в зените. Сияние продолжалось все время, но постепенно ослаблялось, и окраски уже не наблюдалось.

Около 5 часов 26 января сияние разгорелось с новой силой. Лучи, ленты, полосы все время перемещались, менялись по форме, завершаясь сильно развитой короной. Цвет сияния — ярко-малиновый. Временами сияние напоминало зарево большого пожара. Этот активный период продолжался примерно в течение трех часов. Сияние продолжалось до 7-часового срока. В 8 часов оно представило собой уже туманность слабой интенсивности и скоро совсем погасло».

Сияние, пылавшее 25-26 января, было видно над всей территорией Советского Союза, Европой, северной частью Атлантического океана, восточной частью Соединенных Штатов Америки и даже вблизи Африки, где его наблюдало одно проходившее в это время судно. Почти все станции мира зарегистрировали в это время магнитные возмущения значительной силы.

Ученые очень давно интересовались вопросом происхождения полярных сияний, но природа их долго оставалась неизвестной.

Итальянский физик и астроном Г. Галилей (1564-1642) предполагал, что полярные сияния происходят вследствие «магнитного истечения у Северного полюса». Почти в то же самое время французский философ и математик Р. Декарт (1596-1650) указывал, что полярные сияния обязаны своим происхождением «отраженному блеску полярных ледяных масс».

Правильнее других подошел к решению вопроса о природе полярных сияний М. В. Ломоносов. Его можно считать основоположником современной теории происхождения полярных сияний.

Как известно, вопросом о происхождении полярных сияний одновременно с М. В. Ломоносовым занимался В. Франклин (1706-1790). Оба исследователя пришли к заключению об электрической природе полярных сияний. Но Ломоносов опередил в этом отношении своего современника на несколько лет. В трактате Ломоносова «Испытания причин северного сияния и других подобных явлений» мы читаем: «Франклинова догадка о северном сиянии, которого он в тех же письмах (имеется в виду сочинение Франклина «Письма об электричестве».) несколькими словами касается, от моей теории весьма разнится. Ибо он материю электрическую для произведения северного сияния от жаркого пояса привлечь старается; я довольно нахожу в самом том месте, то есть эфир, везде присутствующий. Он места ее не определяет; я выше атмосферы полагаю. Он не объявляет, каким она способом производится; я изъясняю понятным образом. Он никакими не утверждает доводами; я сверх того истолкованием явлений подтверждаю».

Современные исследования проливают новый свет на вопрос о происхождении полярных сияний.

Теперь нам хорошо известно, что наряду с видимыми лучами света Солнце испускает невидимые ультрафиолетовые лучи, разрушающие атомы и молекулы газов, входящих в состав воздуха. В результате этого происходит ионизация воздуха, то есть атомы и молекулы газов теряют электроны и становятся положительно заряженными. Под влиянием ионизации воздуха газы атмосферы начинают светиться, вследствие чего и возникают полярные сияния. Особенно сильными эти сияния бывают тогда, когда на солнце происходят «вспышки» ультрафиолетового излучения. Эта теория хорошо согласуется с наблюдениями и подтверждает географическое распределение полярных сияний, а также распространение их на более южные широты при сильных магнитных бурях. Но она не объясняет некоторых других явлений, связанных с полярными сияниями.

В последнее время выдвинута новая теория происхождения полярных сияний, так называемая корпускулярная теория. Она исходит из предположения, что Солнце посылает, помимо обычного света, поток быстрых электрических частичек — корпускул. Этот поток, попадая в магнитное поле Земли, отклоняется в полярные области, что до некоторой степени и объясняет появление полярных сияний именно в этих областях. В верхних слоях атмосферы поток корпускул сталкивается с атомами газов, входящих в состав воздуха. Газы начинают испускать свет, образуя, таким образом, полярное сияние.

Хотя эта теория не получила полного признания, тем не менее в настоящее время можно считать установленным, что природа полярных сияний и связанных с ними магнитных возмущений, наблюдаемых в высоких широтах Арктики, обусловлена главным образом воздействием на верхние слои атмосферы заряженных электричеством частиц, излучаемых Солнцем.

Так пытливый ум исследователей, открывший нам тайны Арктики, сделал доступным нашему пониманию еще одно из прекраснейших и удивительнейших явлений природы полярных областей.