Полярное сияние — это люминесцентное свечение, возникающее в результате взаимодействия летящих от Солнца заряженных частиц (электронов и протонов) с атомами и молекулами земной атмосферы. Появление же этих заряженных частиц в определенных местах атмосферы и на определенных высотах есть результат взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли.
Полярное сияние — одно из самых красивых атмосферных явлений — представляет собой свечение воздуха в верхних слоях атмосферы. Описания сияний известны с древнейших времен, но лишь в 1752–1753 гг. М. В. Ломоносов впервые указал на их электрическую природу. Сияния наблюдаются на высотах от 80—100 до 1000–1200 км. Спектр сияний богат линиями и полосами, принадлежащими главным образом к нейтральным и ионизированным атомам и молекулам азота и кислорода, сравнительно редко — водорода.
Полярные сияния связаны с другими геофизическими явлениями, например, с возмущениями магнитного поля Земли, нарушениями нормального состояния ионосферы. Установлена связь сияний с солнечной активностью: в периоды повышенной солнечной активности, когда наблюдаются частые и сильные магнитные бури, наиболее интенсивны и сияния. У жителей Заполярья формируется так называемый синдром полярного напряжения, который вызывается не только частыми геофизическими явлениями, но и длительным периодом с низкими температурами воздуха, полярной ночью, повышенной ионизацией воздуха, дефицитом ультрафиолетовой радиации и др.
Окраска и форма сияний очень разнообразны. Сияния могут быть бесцветными, белесоватыми или окрашенными. Наиболее распространена желто-зеленая и красная расцветка, но иногда появляются голубые и фиолетовые тона. Формы сияний очень быстро изменяются, что проявляется во внезапном изменении окраски, яркости и положения сияния на небосводе. Большая часть сияний возникает на ночной стороне Земли.
В настоящее время выделяют три формы сияний.
1. Лентообразные сияния — в виде дуг и полос. Дуги напоминают арку с правильным, резко очерченным нижним краем, иногда они тянутся через весь небосвод. Если нижний край сияния неправильный, то форма называется полосой.
2. Диффузное сияние — спокойное сияние в виде пятен или вуали. Пятна имеют нечеткие края, они похожи на облака, освещенные луной, белесоватого цвета, иногда красноватого. Вуаль — это бесформенное свечение, которое охватывает большую часть неба.
3. Лучистые сияния — изолированные узкие лучи, или пучки лучей, или ряд параллельных лучей, образующих как бы сплошную полосу, напоминающую колеблющийся занавес (драпри). Цвет обычно зеленоватый или желто-зеленый, короткие лучи бывают красноватыми или фиолетовыми.
Максимальная частота появления полярных сияний на Крайнем Севере — 100 сияний в год; к югу повторяемость сияний резко уменьшается. На широте Нового Порта — 30, на широте Салехарда — 10, в южных районах округа — 5. Народное название сияний — сполохи, пазори и др.
5—6 февраля 1872 г. в Барнауле было отмечено одно из самых удивительных северных сияний. По воспоминаниям Александра Черкасова, оно началось около 9 часов вечера 5 февраля и завершилось в 4 часа утра следующего дня. Вечером и ночью было светло как днем. Поначалу некоторые жители думали, что в городе случился пожар. Вскоре после начала явления стало так светло, что можно было читать книгу. На небе были громадные синевато-белые столбы, расходившиеся с горизонта в виде большого распушенного глухариного хвоста. Звезд почти не было видно, только самые яркие. Это было нечто величественное, непостижимое и вместе с тем удручающе действующее на душу, вызывающее у нервных особ бессознательный трепет, страх и «непонятную ажитацию». По словам Черкасова, в эту ночь заведующий
Барнаульской магнитной обсерваторией инженер Янчу-ковский, человек чрезвычайно нервный, впал в меланхолию, затем окончательно помешался и вскоре умер.
Муравлев А. Неизвестный Алтай: хроники аномалий //«Алтайская правда», 2004,11.06.По мнению известного популяризатора науки, физика О. Л. Вайсберга, «полярные сияния — одно из самых ярких и красочных явлений природы, наблюдаемых невооруженным глазом. Неизгладимое впечатление остается у каждого, кому пришлось видеть эту безмолвную игру красок и сказочную россыпь форм. Ровное, спокойное свечение внезапно переходит в быстрое движение тонких, острых иголок, живущих мгновения. Они образуют то гигантский шатер, то, сливаясь и расходясь, повисают подобно многоскладчатому драпри, уходят вдаль, постепенно гаснут и успокаиваются».
Полярные сияния, как уже отмечалось, способны приводить к нарушению радиосвязи. Они изменяют структуру высоких слоев атмосферы, в которых летают космические корабли и спутники. Они связаны со многими сложными процессами, протекающими в межпланетном и околоземном пространстве. Первое из дошедших до нас описаний полярных сияний принадлежит Аристотелю. Однако изучение этого явления началось лишь в XIX веке, когда физиком Фритцем была очерчена зона их наиболее частой повторяемости. Эта зона представляет собой круг радиусом в 23 градуса, центрированный на магнитный полюс Земли. Направление лучей хорошо совпадает с магнитными силовыми линиями земного поля. Когда лучистая дуга или полоса наблюдается вблизи зенита, она превращается в так называемую корону. Лучи как бы сходятся в одной точке.
Когда яркость свечения возрастает, можно видеть богато окрашенные формы — ярко-зеленые, красные, малиновые; реже — желтые, синие. Цвет сияния зависит от высоты, на которой оно происходит, так как состав атмосферы и, следовательно, спектральные характеристики свечения меняются с высотой. В годы наибольшей солнечной активности полярные сияния в зоне их максимальной повторяемости можно видеть почти ежедневно, а самые мощные, сопровождающиеся большими магнитными бурями, могут наблюдаться даже в средних широтах.
В 1989 году, в период высокой солнечной активности, полярное сияние наблюдалось в средних широтах. Нам повезло увидеть это редкое атмосферное явление в г. Харькове. Выйдя вечером на балкон, мы заметили, что небо имеет странную окраску. Было явное преимущество ярко-малинового цвета. Причем небеса словно дышали. Сияние от секунды к секунде делалось то ярче, то слабее. Не сразу мы, профессиональные астрономы, смогли догадаться, что перед нами именно сполохи полярного сияния. Игра красок продолжалась несколько часов. На следующий день мы убедились в том, что наше Солнце действительно в эти дни несет на своей поверхности свидетельство проявленной активности — множество крупных пятен. Через несколько дней сводки о наблюдении небесного сияния стали поступать из других мест. Яркие лучи в виде короны желтоватого цвета в этот период наблюдали на небе в темное время суток даже в Крыму.
На какой же высоте возникает полярное сияние? Большинство сияний происходит на высотах 95—120 км, однако отмечены случаи появления низких форм, на высотах около 80 км. Многие лучистые формы наблюдаются до высот в 200–300 км. В отдельных случаях отмечалось свечение на высоте в 1000 км.
Профессор Цюрихского политехнического института Г. Фритц опубликовал в 1874 г. карту изохазм — линий равной частоты появления полярных сияний на небосводе. Они образовывали семейство подобных друг другу замкнутых кривых, центр которых не совпадал ни с географическим, ни с магнитным полюсами, а располагался на северо-западном побережье Гренландии, более чем в 1000 км от магнитного полюса! Точка эта получила название геомагнитного полюса. Различие в местоположении магнитного и геомагнитного полюсов связано с отклонением реального геомагнитного поля от дипольного. У Фритца линия наибольшей частоты появления полярных сияний проходила через северную оконечность Скандинавии и полуострова Таймыр, Новосибирские острова, затем севернее Чукотского полуострова, вблизи побережья Аляски, центральную часть Гудзонова залива, южнее Гренландии и Исландии. На этой линии сияния появляются каждую ночь! Прошло около века, когда по наблюдениям во время Международного геофизического года (1957–1958), в период повышенной солнечной активности, ученые смогли установить, что зона появления полярных сияний имеет форму овала.
Раз или два в столетие случаются гигантские сияния, простирающиеся вплоть до экватора! Это, как указывалось выше, следствие необычайной активности Солнца. Так, 1 сентября 1859 года полярное сияние было видно в Пуэрто-Рико (18» северной широты), а 15 мая 1921 года — на островах Самоа (14° северной широты).
Наблюдения полярных сияний проводились и в Южном полушарии Земли. Однако там их трудно наблюдать в связи с тем, что области южной максимальной изохазмы расположены над труднодоступными и малонаселенными районами Антарктиды и омывающими ее морями. Южные полярные сияния были зафиксированы экспедициями капитана Кука в 1773 году и Ф. Беллинсгаузена в 1820 году.
