big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Географическое распределение и высоты полярных сияний

Полярные сияния отличаются своеобразным географическим распределением. Чем дальше продвигаться из низких широт в более высокие, тем чаще появляются полярные сияния; однако в определенном широтном поясе они достигают максимума и дальше снова становятся менее частыми и интенсивными.

Если нанести на географическую карту средние годовые числа сияний наблюдавшихся в каждом данном пункте, и пункты с одним и тем же средним годовым числом сияний соединить линиями, то для каждого полушария мы получим систему замкнутых кривых овальной формы. Эти кривые имеют общий центр в некоторой точке, близкой к так называемому осевому магнитному полюсу Земли (эта точка имеет определенный физический смысл, о чем мы расскажем дальше). Осевые магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами. Осевой магнитный полюс северного полушария лежит на северо-востоке Гренландии. Поэтому сияния в Соединенных Штатах Америки более часты, чем на той же географической широте Советского Союза. Линии одинаковой часто ты появлений полярных сияний называются изохазмами. Карта изохазм для северного полушария приведена на рис. 3.

Пояс максимальной повторяемости полярных сияний, или так называемая зона полярных сияний, для которой частота появления сияний принята за 100 (самая жирная кривая) отстоит от центра примерно на 23 ° и проходит вдоль северного побережья Норвегии, через Новую Землю, Таймырский полуостров, по северной Аляске, Канаде и южной оконечности Гренландии. В зоне максимальной повторяемости сияния наблюдаются в темное время года почти каждые сутки. К югу от этой зоны среднее годовое число сияний уменьшается, их интенсивность ослабевает. Так, например, в Ленинграде сияния видны только в 5% всех ясных ночей (в среднем за много лет) и притом обычно слабые. На широте около 40—45°

Карта географического распределения полярных сияний северного полушария

сияния наблюдаются в среднем один раз в 10—11 лет. Севернее максимальной зоны сияния также ослабевают и становятся реже, но здесь они все-таки встречаются часто и бывают достаточно интенсивны. В пунктах, которые расположены южнее зоны максимальной частоты, сияния видны в северной части неба, а в пунктах, расположенных севернее зоны,— в южной. Наблюдатели на Земле Франца-Иосифа, на Шпицбергене и в Гренландии (острова эти расположены внутри зоны сияний) чаще видят сияния в южной стороне неба. Сами сияния в этих местах несколько слабее и наблюдаются реже, чем, скажем, на мысе Челюскина или в северной Норвегии, расположенных близко от зоны сияний. Здесь сияния наблюдаются одинаково часто как в южной части неба, так и в северной.

Определение высоты полярных сияний

Можно было предполагать, что изохазмы южного полушария должны представлять собой своего рода зеркальное отображение изохазм северного полушария. Так как наблюдения над полярными сияниями в Антарктике проводились гораздо реже и накапливались медленно, такую карту для южного полушария удалось вычертить только сов сем недавно. Ход изохазм в южном полушарии оказался близким к их ходу в северном полушарии; но эта карта нуждается в дальнейшем уточнении.

Определение зон полярных сияний сыграло большую роль в создании теории сияний.

Первое измерение высоты полярного сияния было выполнено в нашей стране 200 лет назад М. В. Ломоносовым. Метод, использовавшийся для этой цели, сводился к одновременным определениям с помощью угломерных приборов углов возвышения над горизонтом одних и тех же точек сияния из двух достаточно удаленных пунктов. Зная эти величины, а также длину и направление базиса (линии, соединяющей пункты наблюдений), можно определить высоту сияния и его положение в пространстве. Действительно, представим себе, что наблюдения одного и того же сияния проводятся одновременно из двух пунктов А и В, как это показано на рис. 4. Если измерена

длина базиса АВ и углы а и b, то из треугольника ABC можно легко найти сторону АС и, зная угол, который она составляет с горизонтом,— высоту сияния. Но точность измерений при таком методе невелика, так как сияние — очень подвижный объект, на котором трудно уловить с двух пунктов наиболее характерные точки. В на стоящее время определение высот и положения сияний в пространстве производится исключительно фотографическим методом. С развитием фотографии, когда при помощи светосильных приборов и чувствительных фотопластинок стало возможным получать снимки полярных сияний с небольшой экспозицией, определение их высот достигло большой точности.

Как уже указывалось, первые удовлетворительные снимки полярных сияний были получены русскими исследователями в 1899—1901 гг. во время экспедиции на Шпицберген. Начиная с этого времени, фото графический метод исследования сияний получил широкое применение. Для определения высоты полярного сияния его фотографируют одновременно с двух пунктов, отстоящих один от другого не менее чем на 30—40 км. Если известно время наблюдений, расстояние и направление между станциями, а также положение сияния среди звезд (для этого на фотографии необходимо получить изображение нескольких звезд, координаты которых можно найти в специальных звездных каталогах), то по величинам смещений сияния относительно одних и тех же звезд на снимках, полученных на обеих станциях, можно определить высоту сияния с точностью до 1—2 км. На рис. 5 приведены одновременные фотографии сияния 31 марта 1954 г., сделанные из двух пунктов, находящихся на расстоянии около 20 км. Обычно для вычислений высот сияний используют различные графики и номограммы, значительно упрощающие рас четы. Фотографирование осуществляется с помощью специальных фотокамер со светосильными объективами. Применяя чувствительные фотопленки, можно сфотографировать сияние с экспозицией 1 — 0,5 секунды.

Фотографирование полярных сияний обычными камерами позволяет снимать только небольшой участок неба. Чтобы сфотографировать сияние сразу по всему небу, проф. А. И. Лебединский предложил оригинальный способ фотографирования. На горизонтальную площадку кладется выпуклое алюминированное зеркало, в котором отражается весь небосвод. Над зеркалом укрепляется светосильный киноаппарат, объектив которого смотрит в зеркало. Оптическая ось объектива направлена вертикально и проходит через центр зеркала. Таким образом, киноаппарат фотографирует все небо, отраженное в зеркале, в том числе и сам себя. Такая конструкция была испытана в марте 1949 г. Смена кадров производилась автоматически при помощи электромотора с желаемой быстротой, в соответствии

Фотографии полярных сияний, полученные на установке А. И. Лебединского

с заранее устанавливаемой экспозицией. Несколько последовательных фотографий, полученных на этой установке в марте 1950 г. вблизи Мурманска, приведено на рис. 6. Помимо возможности определения высот, такие фотографии позволяют проводить детальные сопоставления сияний с другими геофизическими явлениями. Подобные камеры широко используются для фотографических исследований сияний в Международном Геофизическом Году (1957—1958 гг.). Рассмотрим отдельно нижнюю и верхнюю границы высот полярных сияний.

 

НИЖНЯЯ ГРАНИЦА СИЯНИЙ

Сейчас уже накопился богатый материал по определению нижнего предела высот полярных сияний. Результаты измерений высот, выполненных в южной Норвегии в течение 1911—1944 гг., приведены на рис. 7, где показано распределение нижних границ всех форм сияний, взятых вместе. Каждое измерение изображено точкой против соответствующей высоты. На высотах около 100 км (левый рисунок) точки так густо расположены, что их нельзя различить. Следователь но, на этих высотах сияния встречаются чаще всего. Нижний предел полярных сияний составляет, таким образом, примерно 95—110 км.

Нижняя граница высоты сияний зависит от их интенсивности: чем интенсивнее сияние, тем ниже она расположена. Это иллюстрируется табл. 1.

Особый интерес представляют дуги полярных сияний с красной окраской. Нижний край подобных, весьма редких, дуг спускается до высоты 65—70 км. Это самая низкая высота, обнаруженная при измерениях фотографическим методом.

Позднейшие наблюдения показали, что появление красной окраски на нижней границе сияния почти всегда сопровождается уменьшением его высоты.

Частота появления сияний на разных высотах

Высота нижней границы сияний имеет особое значение для теории сияний, так как с ней связано определение проникающей способности заряженных частиц, вызывающих сияние.

 

ВЕРХНЯЯ ГРАНИЦА СИЯНИЙ

Верхний предел полярных сияний обычно не так четко выражен, как нижний, и различен у разных форм.

Средние значения высот верхнего предела различных форм по измерениям вблизи зоны полярных сияний даны в таблице 2. Последняя графа таблицы дает разницу между верхним и нижним пределами высот сияний или, что то же,— среднюю вертикальную протяженность различных форм сияний.

Как видно из таблицы 2, высота верхнего предела лучей значительно превосходит верхний предел других форм. Наивысший пре дел для лучей, видимых вблизи зоны сияний, был 335 км. В то же время на одной станции, лежащей южнее зоны сияний, была отмечена высота вершин лучей 750—800 км. Следовательно, высота лучей полярных сияний увеличивается по мере того, как мы удаляемся от зоны сияний к более низким широтам. На низких широтах наблюдаются наиболее высокие лучи сияния. Изредка можно наблюдать сияние, лучи которого освещаются Солнцем. Такие сияния обычно наблюдаются перед заходом или восходом Солнца. Протяженность этих лучей значительно превосходит протяженность лучей, наблюдаемых ночью. Такого рода сияния имеют обычно серо-фиолетовую или голубую окраску и находятся на очень большой высоте. Нижний предел таких сияний колеблется в границах между 200—400 км, а верхний может достигать даже 1000—1100 км (см. рис. 7, справа).

Столь высокие лучи полярных сияний представляют особенный интерес, так как они определяют границу, где плотность атмосферы еще настолько значительна, что ее свечение может быть заметным даже для невооруженного глаза. Установлена еще одна особенность тих сияний: их лучи состоят как бы из двух частей, одна из которых лежит в пространстве, освещенном Солнцем, а другая — в тени, причем разрыв лучей происходит на границе земной тени в атмосфере.

Лучи полярных сияний, освещённые Солнцем, прерываются на границе земной тени. Положение лучей в пространстве изображено отрезками прямых линий

Пример расположения лучей полярного сияния, освещенных Солнцем, приведен на рис.8. Наклонная линия отделяет область темноты от располагающейся выше освещенной области. Черточки на лучах указывают положения точек, для которых производилось измерение высот.

Надежные определения высот низкоширотных сиянии, насколько нам известно, отсутствуют. Отдельные измерения показывают, что низкоширотные сияния располагаются значительно выше сиянии высоких широт.

Н. А. Куракину, по данным визуальных наблюдений очень интенсивного сияния 24 марта 1940 г. в средних широтах, удалось определить в двух случаях высоту сияния. Она оказалась равной 290 км и 430 км соответственно с возможной ошибкой ±35 км.

Интенсивное полярное сияние 19 августа 1950 г. наблюдалось в Греции. Его удаюсь сфотографировать и определить высоту. Последняя оказалась равной 800—1000 км. Наблюдавшееся в Швейцарии сияние 25 января 1938 г. находилось на высоте около 600 км.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.