Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо


    Главная

    Новости

    Методика

    За страницами учебников

    Библиотека

    Медиаресурсы 

    Интерпретации 

    Школьная библиотека

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология  

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея

    Школа фотомастерства

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

      День за днем : Статьи 

      Статьи  


     
     
    Полярные сияния

    Доктор физико-математических наук Л. Л. ЛАЗУТИН,
    ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института ядерной физики
    (НИИЯФ) МГУ им. М. В. Ломоносова
     
     
     
    Долго и мучительно размышляя над тем, как описать картину полярного сияния, я впал в уныние. И ведь видел его за сорок без малого лет, проведенных на севере, многократно - и случайно, и специально, когда, потушив свет в окнах обсерватории, ложился на снег и предавался небесному спектаклю с таким же наслаждением и вниманием, с каким меломан слушает симфонию.
    А вот словами рассказать об этом прекрасном, восхитительном природном явлении, впрочем, также как и о волшебных звуках музыки, практически невозможно.
    Чтобы с достоинством выйти из затруднительного положения, пришлось обратиться за помощью к французскому астроному К. Фламмариону (1842— 1925), собравшему в знаменитом труде «Атмосфера» описания разных путешественников и натуралистов. Однако выбрать из них наиболее удачное не удалось. Меня ждало полное разочарование: много восторженных слов и столько же неточностей.
     
     
    ПОСМОТРИТЕ НА НЕБО
     
    Возьмем, к примеру, цвет полярного сияния. На самом деле — это возбужденные линии атмосферного азота, кислорода и водорода, которые высвечиваются в основном в зеленом и красном цвете, плюс невоспринимаемый глазом ультрафиолет. А на страницах «Атмосферы» читаем: «... Белый, розовый, красный,золотой, красно-золотой, светло-желтый, синий, синеватый, голубой, фиолетовый, пурпурный, оранжевый» и т.д. Словом, восторг перед увиденным возбуждай безграничную фантазию авторов.

    Выписал я еще несколько строк из упомянутого труда, в котором полярное сияние сравнивается с различными предметами и явлениями: «... Волны, занавеси, складки, лучи, снопы или пучки лучей, дуги, веера, огненные купола, короны, огненная роса, бляшки, пятна, букеты, спирали, извивающиеся змеи, огромное крыло, переливы, огненный дождь, ракеты, мягкая бахрома, громадные огненные столбы, зарево пожара, бенгальский огонь, раскаченный очаг...».

    Вообразите, как все это играет, дышит, ходит по небу, сменяя друг друга, и будем считать: с описанием полярного сияния я справился. Добавлю только, что такие слова, как лучи, дуги, складки, корона, пульсирующие пятна, прочно вошли н арсенат научных определений и терминов.

    А вот как рассказывают о полярных сияниях и пазорях поморы, герои книги русского писателя П. И. Мельникова (1818-1883) «В лесах»: «Отбель по небу пошла, а там и зори заиграли, лучи засветили, столбы задышали, багреиами налились и заходили по небу. Сполохи даже были... Оттого матка и дурила, что пазори в небе играли.

    Это завсегда так бывает: еще отбелей не видать», а уж стрелка вздрагивать зачнет, а потом и пойдет то туда, то сюда воротить... Видишь ли, какая тайная божья сила тут совершается?».

    Пожалуй, описание полярного сияния, сделанное П. И. Мельниковым, не имеет себе равных. В самом деле, кого может оставить равнодушным выражение «столбы задышали»? Жалко, что не прижилось у нас и слово «пазори». Англичане говорят «аврора», по-латыни «aurora borcalis», т.е. полярная заря, почти те же пазори, а мы используем перевод с немецкого «Nordlicht», введенный в российскую науку М. В. Ломоносовым, который, кстати, первым или одним из первых высказал догадку об электрической природе полярных сияний.
     

    МАГНИТНЫЕ БУРИ И СУББУРИ
     
     
    Что же касается «тайной божьей силы», которая связывает пазори с волнением магнитной стрелки, то это уже вовсе не тайна. И «сила божья» давно переименована в силу Лоренца и приспособлена возить электрички. И вообще, пора читателю переварить немного научной информации.

    Не удивляйтесь: нечто похожее на полярное сияние вы видите каждый день у себя дома — оно фактически аналогично свечению экрана телевизора. Только экраном служит атмосфера Земли, на которую падает пучок очень быстрых частиц электронов и, тормозясь, вызывает свечение. Так же, как и в телевизоре, потоком этих частиц управляют магнитное и электрическое поля. Есть и своеобразная электронная «пушка» — ускоритель заряженных частиц. А вот где и как он работает - вопрос спорный, пока неразгаданная тайна. Большая часть энергии вторгающихся в атмосферу части и расходуется на ионизацию - из молекул воздуха выбиваются электроны, и появившиеся заряды становятся носителями электрического тока. Именно последний, протекая на высоте 80-120 км, и создает те искажения магнитного поля Земли, которые меняют направление стрелки компаса.

    Магнитное поле нашей планеты под действием потока плазмы от Солнца, солнечного ветра, сильно искажается; Земля, точнее ее магнитосфера, является самой близкой к нам (из всех прочих объектов Вселенной) ловушкой энергичных частиц и плазмы.

    Самое удивительное заключается в том, что взаимодействие магнитосферы с солнечным ветром носит взрывной характер: это не колесо мельницы, механически равномерно отбирающее из потока часть энергии, здесь напрашиваются биологические аналогии — скачки кенгуру или кальмара. Медленное накопление энергии, постепенное изменение конфигурации магнитного поля сменяются резкой перестройкой, высвобождением энергии, ускорением энергичных частиц, полярными сияниями, раскачкой электромагнитных волн. Все это в совокупности называется магнитосферной суббурей (данное понятие в 60-х годах XX в. ввел в обиход известный американский ученый С. И. Акасофу, много лет возглавлявший Геофизический институт на Аляске). Элементарные суббури чередуются со спокойными периодами, в годы высокой солнечной активности (как сейчас) они наблюдаются чаше. В целом же внешняя оболочка магнитосферы Земли постоянно движется, меняется, дышит, как загадочный живой организм.

    Безусловно, очень много для познания происходящих процессов дали прямые измерения на искусственных спутниках Земли (о них мы поговорим ниже). Однако все эти измерения проводили в одной, реже в 2-3 точках огромной сложной системы. По сути только полярные сияния дают сведения о пространственной структуре быстро меняющейся трехмерной картины. Иногда случаются тесно сгруппированные серии суббурь, вызывающие качественно новое явление — магнитную бурю. Тогда ловушка энергичных частиц - радиационный пояс Земли - разбухает и сдвигается к 5емлс. Избыток час тиц сбрасывается уже не в полярных широтах, а в средней полосе.

    Сейчас глобальное изображение сияний получается каждую минуту, а в I960 г у молодой сотрудницы НИИЯФа МГУ О. В. Хорошевой, впервые построившей картину висячего над Землей кольца сияний по наземным фотоснимкам, на это ушло несколько месяцев.
     
     
     
    СВЕЧЕНИЕ НЕБА В МОСКВЕ
     
    Бывает ли полярное сияние в Москве? Конечно, прежде всего при сильных магнитных бурях. Наблюдается оно и гораздо южнее нашей столицы, например, в Киеве.
     
    Первое упоминание о сиянии, если мне не изменяет память, я прочел в древней русской книге «Повесть временных лет». Согласно летописцу, его наблюдали 15 августа 1091 г. при перезахоронении пресвятого Феодосия игумена Печерского и оно было признано чудесным знамением, благословением свыше. Вот как о нем сообщается: «... Увидели они три столпа точно светящиеся дуги, и, постояв, передвинулись эти дуги на верх церкви, где был положен потом Феодосии. ... В это же время, когда ехали, видели они зарю великую над пещерою, увидели свечей множество над пещерою, и подошли к пещере и не увидели ничего...».
    Расчеты показывают: это был год максимума солнечной активности с большой вероятностью сильной магнитной бури, способной сдвинуть зону сияний до широты Киева.

    Упоминавшийся выше К. Фламмарион наблюдал сияние 24 октября 1870 г. над Парижем, когда го-роя осаждали пруссаки. Астрономов тогда с подзорными трубами мобилизовали для слежения за движением неприятеля. Однако Фламмарион во время своего дежурства, нарушив воинскую дисциплину, не только наблюдал сияние, но и прочитал лекцию собравшимся вокруг него праздным зевакам и национальным гвардейцам. В описании зрелища он сообщает, что видел сияние в форме красной муаровой занавески и еще зеленые лучи, окаймленные по краям багряным цветом. Это, кстати, соответствует и нашим представлениям.
    Но чаще всего жителям умеренных широт редкие и неожиданные случаи сияний казались провозвестниками близкой беды — чумы, войны или наводнения. Бывало, перепуганные жители «видели» на небе битвы воинов, чудовищных драконов и прочие «страсти». Гравер из Нюрнберга Вольф Дрехсель, например, изображая сияние 5 октября 1591 г. па гравюре, хранящейся в Нюрнбергской галерее, оказался верен принципам реализма, не давал волю своему воображению.

    И все же, если читателю интересно, могут ли москвичи увидеть полярное сияние, не выезжая за пределы кольцевой автомобильной дороги, то ответ будет отрицательным. Прежде всего потому, что городское население все реже смотрит на небо и неподолгу. Да и мешает свет от уличных фонарей и автомобильных фар.
     
    БЕССМЕННЫЙ ПАТРУЛЬ
     
    Регулярные наблюдения сияний проводились у нас в стране, начиная со Второго международного полярного года (1932-1933). В 1957 г. под руководством профессора А. И. Лебединского из НИИЯФа МГУ была разработана установка, оснащенная системой зеркал, фотокамерой, позволяющая проводить съемку всего неба. Он же подготовил группу молодых наблюдателей, которые и разъехались по полярным станциям.
    Несколько позже наблюдения продолжили сотрудники Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН, основателем и первым директором которого был С. И. Исаев — известный специалист по исследованию сияний. Весьма активно действовали и представители Архангельской обсерватории Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН), Норильской обсерватории, обсерватории на Тикси, ряд станций Института космофизических исследований и аэрономии СО РАН.
    В общем, несмотря на негативные последствия кризисной ситуации в стране и ее влияния на российскую науку, жизнь в этих обсерваториях сохранилась, исследования продолжаются.
     

    АЭРОСТАТЫ, РАКЕТЫ, СПУТНИКИ
     
    В ходе наблюдения за небесной сферой, научных экспериментов выяснилось: электроны, возбуждающие полярные сияния, часть своей энергии тратят на генерацию тормозного рентгеновского излучения. Благодаря большой проникающей способности его можно регистрировать аппаратурой на высотах 25—35 км.

    Важная информация о пространственно-временных и энергетических характеристиках заряженных частиц, электрических полях и волнах была получена в процессе международных исследований, проводившихся в Арктике в 70-90-х годах минувшего века отечественными и европейскими учеными.

    В последнее время развитие аэростатной техники позволило осуществлять многосуточные кольцевые полеты на Севере не только в летнее время, когда сплошной день и потому сияния не видны, но и в ноябрьские и декабрьские полярные ночи. Подъем телевизионной аппаратуры на аэростатах исключает зависимость количества и качества записей полярных сияний от капризов арктической погоды и засветки Луной.

    Серьезным этапом в изучении данных природных явлений стали пуски ракет. Требовалась большая выдержка, точный расчет и везение, чтобы попасть в нужную форму сияния. В этой связи вспоминается знаменитый ракетный эксперимент «Омега», проведенный 30 лет тому назад под руководством академика Р. 3. Сагдеева, когда на одном конце магнитной силовой линии на французском острове Кергелен запускалась ракета с электронной пушкой, а в сопряженной точке в Архангельской области регистрировалось искусственное полярное сияние.

    Напомним также, что впервые измерения энергичных частиц за пределами земной атмосферы были сделаны коллективом сотрудников НИИЯФа МГУ под руководством академика С. Н. Вернова, а пионером измерения плазмы стала группа К. И. Грингауза из Института космических исследований РАН. И конечно, нельзя не отметить ныне проводимый эксперимент ИНТЕРБОЛ — запуск серии спутников, осуществленный благодаря международному сотрудничеству ученых и специалистов ряда стран. Что касается пилотируемых полетов в космосе, то они проходят в средних широтах, поэтому экипаж кораблей наблюдает сияния только сбоку, на горизонте. На спутниках же с эллиптической орбитой можно увидеть всю полярную зону и область сияния целиком: это светящееся кольцо на широтах 65—75° ночью и 70—85° на дневной стороне, под которым и прокручивается Земля.

    ПОД ДЕЙСТВИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ
     
    Полярные сияния по-прежнему служат источником информации для понимания сложных фундаментальных процессов, названных магнитными бурями и магнитосферными суббурями. Что же они представляют собой?
    Мы наблюдаем, как вытягивается конфигурация земного магнитного диполя под действием обтекающего его солнечного Петра — разреженного потока низко-энергичной плазмы. Понять, что такое плазма, нетрудно. Представьте: вы раздробили вещество на мельчайшие части, разорвали все связи и у вас получилась смесь отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ядер. Это и есть плазма. В неоднородном меняющемся магнитном поле она способна создавать сложные конфигурации с резкими границами и мощными токовыми слоями. Конфигурации эти неустойчивы, легко разрушаются посредством процессов, которые так и называются — плазменные неустойчивости: у них I есть множество видов и подвидов. Магнитные бури и суббури и являются составляющими такой' резкой перестройки системы с выделением и перераспределением больших потоков волновой и кинетической энергии. Эти потоки отличаются между собой по мощности и глубине охвата: если суббури вызывают полярные сияния в высоких широтах, то во время магнитных бурь можно увидеть сияние и в Москве, Киеве. Париже.

    Типичная суббуря продолжается около часа. Начинается она с появления растянутой с востока на запад размытой неяркой полосы шириной в полрадуги (мы называем ее диффузная дуга). Она медленно смешается к югу, замедляет ход. останавливается, затухает на минуту, усиливается, снова затухает - и вдруг разгорается ярко, расцвечивается быстрыми лучами, изгибается, и через минуту небо взрывается восхитительным красочным фейерверком. Значит, начался брейкап (с англ. — взрыв, разлом). Это и есть видимое отображение той самой плазменной неустойчивости, о которой говорилось выше, протекающей в данные минуты в дугообразных силовых магнитных трубках, опирающихся на полярную атмосферу и удаленных от Земли в плоскости экватора на 30-70 тыс. км.

    Во время брейкапа заряженные частицы ускоряются и заполняют магнитную ловушку нашей планеты - внешний радиационный пояс. Эта ловушка, как дырявое ведро, которое к тому же сильно раскачивается, теряет и выплескивает частицы, а полярные сияния еще долго остаются яркими и динамичными. В активные дни суббуря может повторяться 2—3 раза, в месяц таких дней бываете трех до пятнадцати в зависимости от 11-летнего цикла солнечной активности.

    Словом, сияния случаются не так уж редко, но если сделать поправку на погоду - снегопад, облачность, просто мороз с ветром, то получится, что даже северянину любоваться этим прекрасным природным явлением удается нечасто.

    Самый редкий тип полярного зрелища вызывается приходом энергичных протонов, ускоренных на Солнце. Это красное свечение, почти равномерное от северного горизонта и порой до зенита, может восхитить любого наблюдателя.
     
     
     
    "Наука в России" . - 2001 . - № 4. - С. 30-35.
     
     




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование