| |
Морфология полярных сияний.
Исаев С. И. Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1968, 1-168
Дан обзор исследований по морфологии полярных сияний, выпол-ненных в период МГГ и МГСС. Описаны динамика
планетарного распределения сияний различных типов, свойства авроральных потоков. Отражены вопросы
связи сияний с геомагнитными и ионо-сферными возмущениями, рентгеновским тормозным излучением и
солнечной активностью. Сопоставлены пространственно-времен-ные характеристики сияний в цикле солнечной
активности. Помимо литературного обзора дано описание исследований, выполненных в Полярном геофизическом
институте.
Библ. 414 .назв., рис. 71, табл. 3.
Ответственный редактор
докт, физ.-мат. наук А. И. Лебединский
Оглавление
Введение ....................... 3
Глава I. Классификация форм полярных сияний, их основные характеристики и закономерности ........... 7
1. Формы и структуры полярных сияний ......... 7
2. Основные характеристики и закономерности в появлении форм полярных сияний ............... 12
3. Ориентация дуг и полос полярных сияний ....... 15
4. Пульсации полярных сияний ............. 16
5. Локальные особенности в распределении полярных сияний 17
Глава II. Зоны полярных сияний ............. 19
1. Статистическая зона полярных сияний Фритца ..... 19
2. Внутренняя (вторая) зона полярных сияний ...... 24
3. О возможном существовании зоны повышенной активности
полярных сияний в средних широтах (третья зона) .... 25
4. Структура северной зоны полярных сияний по
фотометрическим данным .................. 27
Глава III. Исследование южной границы полярных сияний в зените ....................... 30
Глава IV. Овальная зона полярных сияний и авроральный пояс .... 37
1. Представление об овальной зоне и полосе полярных сияний 37
2. Изменение границ овальной зоны полярных сияний ... 45
Г л а в а V. Авроральная суббуря .............. 47
1. Представление об авроральной суббуре ......... 47
2. Описание авроральной суббури ............ 48
3. Связь геомагнитной и авроральной суббурь ....... 55
Глава VI. Водородная эмиссия полярных сияний ....... 59
1. Основные результаты исследования водородной эмиссии 59
2. Исследование водородной эмиссии в южном полушарии 65
3. Водородная эмиссия и геомагнитная активность ..... 66
4. Связь интенсивности водородного излучения с другими эмиссиями .................... 68
5. Зоны водородной эмиссии .............. 69
Глава VII. Исследования полярных сияний в сопряженных точках ....76
1. Исследования сопряженности по фотографическим данным 76
2. Фотоэлектрические исследования в сопряженных точках 78
3. О задачах будущих исследований ........... 82
Глава VIII. Географическое распределение различных типов полярных сияний и зоны
внедрения авроральных частиц ...83
1. Полярные сияния в приполюсной области ....... 85
2. Полярные сияния в овальной зоне .......... 89
3. Сияния субавроральной области ........... 90
4. Обобщенные модели внедрения авроральных частиц и общие свойства потоков ............... 91
Глава IX. Радиолокационные исследования полярных сияний ...98
Глава X. Полярные сияния и рентгеновское излучение ..... 104
1. Связь полярных сияний с рентгеновским излучением . . . 104
2. Пространственно-временные и энергетические характеристики
электронных потоков в зоне сияний по данным рентгеновского излучения ................ 110
Глава XI. Полярные сияния и ионосферные возмущения .... 113
1. Связь полярных сияний с возмущениями в слое D . . . . 116
2. Связь полярных сияний с возмущениями в слое Еs . . . . 117
3. Связь водородной эмиссии полярных сияний со слоем Ез 120
4. Полярные сияния и ионосферные возмущения F2-области ионосферы .................... 122
5. Овальная зона полярных сияний и прохождение радиоволн ...123
Глава XII. Полярные сияния и авроральное поглощение .... 130
1. Обзор исследований ................. 130
2. Типы аврорального поглощения ........... 137
3. Авроральное поглощение и свойства электронных и протон-ных потоков .......140
Глава XIII. Поведение полярных сияний в цикле солнечной активности .....................142
1. О широтной зависимости 11-летней периодичности в частоте появления
полярных сияний ............. 143
2. Сопоставление циклической вариации в период МГГ и МГСС 145
3. Связь водородной эмиссии с циклом солнечной активности 151
Заключение . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
ВВЕДЕНИЕ
Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием всех разделов науки. Геофизические науки также
обогатились большим потоком научной информации, способствовавшей раз-витию теории явлений и расширившей
применение ее на практике. Исследования, сочетающее наземные и прямые методы изучения геофизических
процессов при помощи ракет и искусственных спутников земли, раскрыли по-новому .проблему сол-нечно-земной физики.
В результате проведения таких научных мероприятий как Международный геофизический год (1957-1958 гг.),
еждународное геофизическое сотрудничество (1958-1959 гг.) и Международный год спокойного Солнца (1964-1965 гг.),
собран настолько большой фактический материал, что стало возможным составить более полное представление
о физических свойствах полярной ионосферы, о природе геомагнитных бурь и полярных сияний.
Все эти явления электромагнитного комплекса тесно взаимосвязаны и, будучи планетарными явлениями,
требуют участия в исследованиях многих стран мира. Ни одна страна не смогла бы выполнить всего объема
таких комплексных исследований самостоятельно.
В период указанных международных научных исследований согласованные наблюдения за полярными сияниями
- одним из наиболее замечательных явлений природы, представляющим не только познавательный,
но и большой практический интерес для освоения околоземного космического пространства, назем-ной и
космической радиосвязи и решения других проблем геофизики, - проводились во многих странах мира.
Полярные сияния, во время которых происходит выделение огромной энергии, возникают при вторжении в атмосферу
потоков быстрых электрически заряженных частиц - протонов и электронов.
Оптические эмиссий этого излучения значительно усиливаются во время возмущенного состояния атмосферы и
изменяются по своему характеру.
Электроны полярных сияний непосредственно были зареги-стрированы приборами, поднятыми на ракетах, когда
одновре-менно удалось наблюдать причину и следствие, т. е. потоки частиц и само свечение. При запусках ракет
выявилось, что электронные потоки наиболее интенсивны в областях яркого свечения; они сильно варьируют во
времени и пространстве. Поток протонов относительно постоянен и его энергии недоста-точно для поддержания
ярких форм сияния.
В полярном сиянии наглядно проявляется поведение плазмы в магнитном поле в таких масштабах, которые
невозможно соз-дать в лабораторных условиях. Уже только по этому они до сих пор остаются уникальным
объектом для исследований. Неста-бильность полярных сияний, вероятно, отражает нестабильность плазмы,
окружающей Землю, и связана с наименее устойчи-выми внешними областями магнитосферы.
Спектроскопические данные, геометрическая структура ви-димых полярных сияний и другие параметры этого
свечения также свидетельствуют о том, что они вызываются в основном электронами и в меньшей степени протонами,
внедряющимися в верхние слои атмосферы, где завершается винтовое движение частиц вдоль силовых линий
геомагнитного поля.
Исследованию планетарной картины полярных сияний за последнее время способствовало то обстоятельство,
что по-мимо визуальных наблюдений, являвшихся основным методом в более ранний период их изучения,
применялись инструмен-тальные методы. В период МГГ и МГС были широко постав-лены визуальные наблюдения в
северном и южном полушариях, и, кроме того, работало более 120 фотокамер полного обзора неба, в том числе 35
на территории СССР [370].(см. рис 1) Примерно 30 камер было размещено в Антарктике (в период МГСС число камер
всего неба в высоких широтах существенно уменьшилось). Наземные данные о полярных сияниях дополня-лись
наблюдениями, проведенными с борта кораблей и самоле-тов. Большое число станций было оснащено спектральными
ка-мерами С-180-8. На многих станциях действовали спектрометры и фотоэлектрическая аппаратура.
Во многих пунктах функци-онировали радиолокационные установки для исследования электронных неоднородностей
полярной ионосферы.
Проведение МГГ и МГСС позволило на основе однородного материала детально сопоставить данные за периоды
максимума и минимума солнечной активности. Впервые за время исследо-ваний полярных сияний были получены
обширные сведения для южного полушария, что дало возможность сопоставить явления в сопряженных точках,
связанных магнитной силовой линией, и выявить роль геомагнитного поля в формировании полярных сияний.
С зонами полярных сияний и с самим сиянием сложным об-разом связано необычайно большое число других
геофизических явлений, таких, например, как геомагнитные и ионосферные возмущения, рентгеновское тормозное
излучение, поглощение космического шума и др.
В настоящее время все эти явления, связанные с дви-жениями плазмы в магнитосфере Земли, могут быть
описаны точнее и подробнее, чем это было 10 лет назад, однако полное их объяснение все еще ускользает от
понимания исследо-вателя.
В ближайшие годы по мере обработки материалов наблюде-ний и теоретических исследований современное
представление о природе сияний несомненно в той или иной степени изменится. Уже опубликовано много работ,
основанных на материалах на-блюдений по МГГ и МГСС, Обработка этого колоссального мате-риала все еще
продолжается, и в ближайшем будущем нас ожи-дает еще немало сюрпризов.
В настоящей монографии мы касаемся главным образом вопросов феноменологического и морфологического
аспекта этой многогранной проблемы, в решении которой в той или иной сте-пени принимали участие ученые
Полярного геофизического ин-ститута Кольского филиала АН СССР. Результаты исследова-ний, проводимых
в этой работе, анализируются на фоне общих достижений как советской, так и зарубежной науки.
Поскольку мы касаемся главным образом исследований, про-веденных по программе МГГ и МГСС, ссылки
на ранее полученные результаты делаются только по мере их необходимости. Приведенный в монографии
список литературы отнюдь не пре-тендует на полноту и предназначен главным образом для ил-люстраций
основных ее положений и современного состояния вопроса.
Данные спектральных исследований включены в работу постольку, поскольку они необходимы для
полноты картины. Точно так же вопросы теории описываемых явлений затронуты только частично.
Этим вопросам должны быть посвящены спе-циальные работы.
В заключение несколько слов о терминологии. Мы везде пользуемся термином, вошедшим в обиход
в нашей литературе, - "полярное сияние", но в некоторых случаях сохраняем прилагательное "авроральный",
происходящее от термина аврора, распространенного в иностранной литературе. И еще:
сейчас большое внимание уделяется исследованию так называемого break-up (брэк-ап) - события - момента
внезапного распада спокойной дуги полярного сияния, сопровождающегося внезапным усилением интенсивности.
Этот термин в настоящей работе мы заменяем термином "разрушение формы".
После того как монография была написана, появилось много нового материала по исследованию полярных
сияний, который частично опубликован, а частично главным образом в виде препринтов и тезисов докладов
представлен на международных симпозиумах по физике полярных сияний (Осло, 1987), по итогам МГСС (Лондон, 1967),
по сопряженным точкам (США, 1967; Швейцария, 4967). Эти материалы могли быть включены в книгу в самом
минимальном объеме только в виде дополнений.
|
