ГЛАВА 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ, ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
1. Формы и структуры полярных сияний
Полярные сияния отличаются исключительным многообразием форм и структур, что свидетельствует о
многообразии и сложности физических процессов, происходящих в атмосфере Земли и околоземном пространстве.
На рисунках слева приведены фо-тографии, иллюстрирующие некоторые формы сияний.
Более ранние классификации форм полярных сияний основывались на их внешнем виде, геометрической
структуре, перспективных особенностях и пр. В последующие классификации ученые старались включить параметры,
характеризующие физическую сущность явления. Новый атлас полярных сияний, изданный в Эдинбурге в конце
1963 г. по решению Междуна-родной ассоциации геомагнетизма и аэрономии Союза геодезии и геофизики [1],
составлен с учетом этих требований.
Издание нового атласа было приурочено к началу проведе-ния Международного года спокойного Солнца.
Прежний атлас, которым исследователи пользовались более 30 лет, был издан к началу проведения Второго
международного полярного года (1932-1933 гг.) и состоял из коллекций фотографий, получен-ных в Норвегии
Штермером и его коллегами [2].
К началу проведения МГГ сияния исследовались уже во многих странах. Фотографирование сияний стало
выпол-няться при помощи камер С-180, охватывающих все небо, появилась возможность фотографировать
сияния на цветную пленку, накопился большой новый материал наблюдений. Эти причины и побудили поставить
вопрос о пересмотре системы классификации форм и структур полярных сияний и издания нового атласа.
В отличие от старого атласа в новый атлас вошли фотогра-фии, полученные в разных областях Земли, в том числе
в Ан-тарктике. В атласе помещены снимки, сделанные на станциях о-вов Диксон и Врангеля, Мурманска,
бухты Тихой, мыса Уэлена, о. Пирамиды, станции Мирный, Итаки, Маккуори, Колледжа, Мауссона, Фарго,
Мельбурна, Кируна, Абиско, Минуки, Халли-Бей, Бейкер-Лейк, Юлианхоба. Двадцать четыре после-довательных
снимка показывают, как развивалось сияние ночью 4 июня 1959 г. на станции Элсуорт (77°43/ Ю, 41°08/ 3).
Разно-образие форм сияний иллюстрировано 32 фотографиями, сделан-ными при помощи обычных камер и камер
всего неба (19 фотографий). Несколько фотографий выполнено на цветной пленке. Атлас описывает систему
классификации форм и структур сияний, символику для их описания. Пользуясь принятыми обозначениями,
можно записать изменения многочисленных характеристик и их комбинации при развитии сияния.
Согласно новой классификации формы полярных сияний де-лятся на три группы: лентообразные, диффузные
и лучи. К лентообразным относятся дуги (А) и полосы (В). Они характери-зуются непрерывной нижней границей.
Дуги имеют вид арки, протянутой с запада на восток с правильным, обычно резко очерченным нижним краем.
Часто встречаются мультиплетные дуги с интервалом 30-40 км. Если нижний край сияний неправильный и
содержит изгиб или складку, форма сиянии называется полосой. Полоса обычно более подвижна, чем дуга.
Лентообразные сияния простираются в направлении восток- запад на несколько тысяч километров, а по вертикали
- на не-сколько сотен километров. Дуги, например, могут простираться на расстояние до 5-6 тыс. км и более,
а поперечные размеры их - до 6°. В редких случаях ширина дуги вдоль меридиана достигает 13-14°. Сама лента
имеет толщину всего несколько сотен метров, из чего можно сделать вывод, что сияния такого типа вызываются
узким электронным пучком. Ленточные формы часто имеют вид многоярусных занавесей, висящих одна на дру-гой
и простирающихся через весь небосвод.
Когда лента становится несколько более активной и подвиж-ной, она образует тончайшие складки толщиной в
несколько километров. Такая форма свечения кажется состоящей из отдельных вытянутых струй или лучей света;
тогда она назы-вается "лучистой дугой". При повышении активности складки расширяются до нескольких
десятков километров.
Когда на большие складки налагается тонкая структура "лучей", то такую форму свечения называют
"лучистой полосой". Если активность продолжает возрастать, лучистая полоса образует красивую
розовато-оранжевую кайму в нижней части складки (обычно эту форму называют сиянием типа В)..Наконец,
если интенсивность возрастает еще больше, складки и петли
расширяются до огромных размеров (сотни километров).
Диф-фузные формы сияния могут иметь вид пятен (Р) с нечеткими границами, напоминающих облака,
освещенные луной, и вид вуали (V). Вуаль представляет собой протяженное однородное свечение, которое часто
покрывает большую часть неба. Пятна возникают обычно в зоне полярных сияний на последней стадии развития
явления.
Лучи (R), узкие пучки света, расположенные в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля Земли,
подразделяются на три группы (в зависимости от их длины): короткие (яркие у нижнего края и бледнеющие
с высотой), средние (одинаковая яркость по всей высоте) и длинные (обычно однородные по яркости, но довольно
слабые). Могут наблюдаться пучки лучей, расположенных тесно Друг около друга либо разбросанных. Часто лучи
наблюдаются одновременно с другими формами.
Пламенное сияние рассматривалось раньше как самостоятель-ная форма. Теперь признано, что эта форма
является редким ви-дом пульсации, одновременно происходящей на большой площади. Это явление, как известно,
протекает в виде волн света, вздымаю-щихся вверх одна за другой. Такое сияние возникает при определенных
условиях синхронизации пульсации и движения.
Наиболее эффектная форма - "корона" также является несамостоятельной формой, так как она возникает лишь
в случае появления лучей в магнитном зените. Однако для нее сохранен свой символ (С).
Дальнейшее описание сияний требует рассмотрения струк-турных элементов. По международной классификации
существует три типа структур: однородная (Н), волокнистая (бороздчатая) (S) и лучистая (R). Однородным сияние
считается в случае, когда в нем отсутствует внутренняя структура свече-ния, без видимых лучей. Волокнистая
структура состоит ив до-вольно беспорядочных полосок или волокон, расположенных приблизительно параллельно
нижнему краю. Лучистая структура свечения как бы соткана из массы отдельных, часто мерцающих лучей.
Очень важным элементом новой классификации является описание активности сияния (а). Спокойные формы (q)
почти не меняются или меняются очень медленно. Активная форма подвержена быстрым изменениям во времени
и пространстве. Активные сияния обычно яркие. Введено четыре группы активности (а1-а4), учитывающие характер
движения как внутри самой формы сияния (образование складок вдоль границы, дви-жение лучей, появление новых
форм), так и при ее движении в целом.
Активность полярных сияний развивается от спокойных форм, обычно с однородных дуг, затем спокойные формы
образуют лучи, и завершается процесс развития облакообразными
пятнами. Однако многие формы сияний исчезают, даже не успев разбиться на пятна.
Когда активность сияний спадает, складки исчезают, лента возвращается к однородной форме. Это наводит на
мысль, что однородная структура свечения представляет собой фундаментальное свойство полярных сияний, а
складки и спирали связаны с процессом роста активности явления. Основной формой свечения на вечернем небе
высоких широт считается однородная спокойная дуга со средней интенсивностью. Распределение интенсивности
свечения в дуге наиболее равномерное: более яркое внизу и постепенно исчезающее кверху на фоне свечения неба.
Учитывая морфологические особенности развития сияния и проявления различных параметров, характеризующих
его активность, Акасофу и Кембэлл [3] предложили следующую типичную схему развития сияния на Ф = 70°:
Спокойная
однородная дуга |  |
| + лучи ---> лучистая дуга |
| + изгибы ---> полосы |
| + лучи и изгибы ---> лучистая полоса |
| + лучи, изгибы, петли ---> драпри |
| + разрушение формы (break-up) ---> рассеянные лучи-
разорванные лучистыв полосы |
| + полное разрушение ---> рассеянные пятна
|
|
Согласно этой схеме различные формы сияний возникают при активизации спокойной однородной дуги с
добавлением к ней активных образований.
Другой важной характеристикой активности сияний служит пульсация (Р), которая подразделяется на
четыре группы (Р1,2,3,4). Пульсация описывает быстрые ритмические флюктуации яркости с периодом обычно
от долей секунды до минуты. К опреде-ленному типу пульсирующих принадлежит, как уже указывалось, пламенное
сияние. Быстрое нерегулярное изменение яркости называется "мерцанием".
Следующим параметром, характеризующим сияния, является яркость. Яркость визуальных наблюдаемых сияний
оценивается международным коэффициентом яркости. При определении яркости учитывается максимальная
интенсивность в данной форме. Ситон [4], Хантен [5] и Омхольт [6] связали шкалу яркости с абсолютной
интенсивностью эмиссии 5577 А, измеряемой числом фотонов (см2-сек. в столбе). Для самой интенсивной
линии полярного сияния (5577 А), принадлежащей атомному кислороду, индекс яркости определяется по
международной шкале (табл. 1); за единицу измерения принят релей (R). Новая световая единица введена
специально для измерения спектральной интенсивности свечения ночного неба и полярных сияний.
Таблица 1
Международная шкала яркости полярных сияний
Интенсивность
эмиссии 5577 А, kR |
Индекс интенсивности |
Примечание |
| 0.1 | 0 | Сияние визуально не фиксируется, может быть
обнаружено инструментально |
| 1 | I | Яркость сравнима с яркостью Млечного пути. |
| 10 | II | Яркость сравнима с яркостью перистых обла-ков, освещенных Луной. |
| 100 | III | Яркость сравнима с яркостью кучевых обла-ков, освещенных Луной. |
| 1000 | IV | Яркость много больше III. |
Интенсивность свечения в один релей соответствует эмиссии 106 квантов, испускаемых в одну
секунду в столбе атмосферы се-чением 1 см2:
1R=106 фотонов/
(колонна) см2 сек.
Слово "колонна" означает, что речь идет о суммировании по всему вертикальному столбу атмосферы данного
сечения. Килорелей (кR) соответствует излучению 109 фотон/см2 o сек. Ин-тенсивность в релеях
соответствует
увеличенной в 4-п раз поверх-ностной яркости однородно светящейся атмосферы. На Ф ~ 65° наиболее часто
(в 80% случаев) наблюдаются сияния с интен-сивностью кислородной линии 5577 А от 0.75 до 11.5 kR, только 0.4
времени интенсивность превосходит 100 kR [7], а красной кислородной линии с 6300 А-от 5 до 100 R.
Свечение азотной линии 3914 А интенсивностью по шкале яркости более III со-ставляет 100 kR. Расчеты потока
энергичных частиц, необходимого для возбуждения сияния соответствующей интенсивности, показали [8, 9], что
для возбуждения слабого свечения интенсивностью 1 kR необходим поток энергичных частиц примерно 3 эрг/см2 сек.,
т. е. в видимое излучение переходит 0.2-1% энергии частиц.
Эти результаты согласуются с данными ракетных
и спутниковых наблюдений [10, II]. Мак-Илвейн [10] также
установил, что эффективность возбуждения свечения составляет около 0.2%.
Как можно видеть из табл. 1, интенсивность эмиссии полярных сияний (вместе с тем и интегральная их яркость)
может изменяться примерно в 10 000 раз. Соотношение интенсивности отдельных эмиссий в каждом сиянии
также непостоянно.
При оценке активности сияния надо учитывать его окраску, которая отличается большим разнообразием,
причем часто наблюдается быстрая, иногда мгновенная смена цвета.
Цветовая характеристика сияния является очень важным па-раметром активности сияния, поскольку окраска
связана с глу-биной проникновения возбуждающего агента в атмосферу. Цвет полярного сияния складывается
из совмещения нескольких наибо-лее характерных эмиссий, из которых в отдельных случаях одна может
преобладать над остальными. Главную роль при этом играют, по-видимому, изменения в энергии частиц,
вызывающих возбуждение атомов и молекул [12]. В атласе приводится описание цветовых характеристик сияний
и их обозначение. Для удобства визуальных наблюдений по единой методике мировой сети станций была издана
инструкция [13], на основе которой в ряде стран разработаны свои национальные инструкции.
2. Основные характеристики и закономерности в появлении форм полярных сияний
Основные характеристики различных форм полярных сияний, их закономерности и связь с различными
геофизическими явле-ниями рассмотрены довольно подробно в многочисленных рабо-тах [14-29]. После обработки
материалов визуальных и фотографических наблюдений полярных сияний в период МГГ и МГСС появилась
возможность получить более подробные харак-теристики и исследовать их зависимость от геомагнитной широты,
геомагнитной и солнечной активности. Последовательность в по-явлении форм сияний, наблюдаемых в области
Ф = 65°, зависит от местного времени и геомагнитной возмущенности. В вечерние часы сияния в виде
однородных дуг появляются обычно в более высоких геомагнитных широтах. В полуночные часы в зените преобладают
лучистые, а в послеполуночные - диффузные формы сияний. К утренним часам резко очерченные формы смещаются
к полюсу и уходят из поля зрения наблюдателя. В приполюсной области не наблюдается систематической смены
форм сияний.
Что касается широтного распределения сияний, то лучистые дуги, как правило, располагаются ближе к полюсу,
чем однород-ные [28], далее к экватору располагаются пульсирующие пятна. Более детального статистического
широтного распределения по-лярных сияний различных форм еще не получено. Штоффреген [26] исследовал
приблизительное распределение различных форм сияний в поясе геомагнитных широт 58-76° на долготе
Скандина-вии (по наблюдениям 1957-1958 гг.). Результаты исследования представлены на рис. 1.1.
Рис 1.1 Приблизительное широтное распределение различных
типов полярных сияний ( по Штоффрегену)
Как видно из рис. 1.1, пульсирующие сия-ния наиболее часто появляются примерно на 5° южнее зоны сия-ний.
Аналогичные результаты получил Н. И. Дзюбенко [30].
Хеппнер [14] приводит Две Типичные картины изменения форм и структур сияний (по наблюдениям в Колледже),
тесно связан-ных с появлением бухтообразных возмущений. Вообще появление полярных геомагнитных возмущений
приводит к активизации всей наблюдающейся системы полярных сияний [31, 32], во время которых типичная
картина последовательности форм может су-щественно отличаться от обычной картины развитых сияний.
Этот вопрос более подробно будет рассмотрен при исследовании авроральных суббурь.
В Черчилле, согласно измерениям Кима и Волкмена [33, 34], толщина дуг меняется от 3.5 до 18.2 км, среднее
значение - 9.1 км.
В Колледже на Аляске и Фаруэлле толщина однородных дуг заключена в пределах 1.7-23.1 км, при среднем
значении 8.8 км. Толщина дуг увеличивается с ростом геомагнитной активности. Средняя вертикальная
протяженность однородных дуг, по данным Кюри и Вивера [35], составляла 25-29 км, по данным Д. А: Андриенко [36]
-28.5 км (1963-1964 гг.). Ими не было обнаружено суточных и сезонных вариаций толщины дуг.
Нижняя граница однородных дуг, как известно, обычно рас-полагается на высоте 100-110 км [37, 38]. В периоды
МГСС по измерениям в бухте Тикси [39, 40] среднее значение нижнего
края дуг составляет 111.5 .км. Нижние значения высот лучистых форм составляют 106.6 км.
В годы максимума солнечной активности лучистые формы имеют гораздо большую протяженность, чем в годы
минимума. Высота нижней границы также меняется с циклом солнечной активности [41]. В Черчилле, по
измерениям Хилла [42], высота нижнего края сияния в 1964 и 1965 гг. наиболее часто составляла 110 и 120 км, в
период же МГГ [43] - 101 и 107 км. В период МГСС только 9.86% всех сияний имели нижнюю границу между 100 и
107 км, 21.55% - 108 и 115 км и 17.21% - 116 и 123 км. Таким образом, количество сияний на больших высотах
увеличилось по сравнению с годом максимума цикла.
Известно, что высота нижнего края полярных сияний уменьшается с увеличением интенсивности [44].
Д. А. Андриенко [45] для Тикси за период МГСС для различных по интенсивности од-нородных дуг получил
высоты 118.8, 114.0, 100.1, 102.0 и 90.3 км.
Высота полярных сияний зависит от широты пункта наблюде-ний. Имеется тенденция к увеличению высоты
по мере удале-ния от зоны на ночной стороне как к экватору [46], так и к полюсу [47].
В результате многочисленных исследований [31, 48, 49-55] в сияниях установлены общие закономерности
меридионального и долготного движения. Возможно меридиональное движение сияний трех типов.
1. Суточные перемещения сияний вследствие вращения Земли. Полярные сияния в вечерние часы
смещаются к экватору, в утренние часы - к полюсу. Эванс и Томас [56] для объяснения такого дрейфа на станции
Халли-Бей представили зону, ацентрично расположенную относительно геомагнитного полюса и сдвинутую на
ночную сторону Земли (см. главу II). По материалам наблюдений большого числа станций такой дрейф (достигающий
60 км/мин.) за период МГГ исследован Н. И. Дзюбенко [55] и Л. Н. Малько [57].
Статистическая обработка результатов наблюдений под-тверждает существование таких суточных перемещений
и в годы минимума [58].
2. Иррегулярные изменения, накладывающиеся на регулярный суточный дрейф. Эти изменения
будут описаны позднее при опи-сании так называемой авроральной суббури.
3. Движение по долготе. На широтах Ф де 67° движение по долготе контролируется местным
временем: к востоку в утренние и к западу в вечерние часы. Изменение направления дрейфа происходит
в околополуночные часы. В более высоких широтах Дэвис [48] и Штоффреген [54] наблюдали долготные движения
в противоположных направлениях: к востоку в вечерние и к западу в утренние часы т. е. направление дрейфа
меняется на 180°.
Описанные выше движения полярных сияний, определяемые по снимкам камер всего неба, имеют скорость в
пределах 0-3 км/сек. С ростом возмущенности скорости движений увеличиваются. Согласно Анвину [59], с
увеличением .K-индекса от 4 до 9 скорость дрейфа увеличивается в 5 раз. Применение высокоскоростной съемки
светящихся образований показывает нали-чие в сияниях движений со скоростью десятков километров в се-кунду.
Очень активные лучи могут двигаться со скоростью до 30 км/сек. [60]. Наибольшая зарегистрированная скорость
в сия-нии составляла 125 км/сек. [61]. Лучи полярных сияний, прости-рающиеся по вертикали на десятки и сотни
километров, движутся как единое целое, не изменяя формы [62]. Л. Н. Малько [57], анализируя материал
наблюдений за движениями полярных сияний на камерах С-180 за период 1957-1959 гг., показала, что по
характеру движений сияний станции можно разделить на три типа: лежащие в интервале широт 69-60°
(основная зона сия-ний), расположенные южнее широты Ф = 60° (среднеширотная область) и лежащие севернее
широты Ф == 69° (полярная Шапка).
Исследованию очень важного параметра - суточной вариации частоты полярных сияний посвящено много работ
[22, 26, 63-70]. Наиболее важные особенности суточной вариации частоты сияний по геомагнитному времени
таковы: вне зоны (т. е. ближе к эква-тору) и в самой зоне частота сияний имеет один максимум около местной
геомагнитной полуночи; внутри зоны сияний существуют два максимума частоты сияний - утренний и вечерний;
при воз-растании Ф момент вечернего максимума смещается на более ран-ние часы, вплоть до дневных; момент
утреннего максимума смещается при увеличении Ф на более поздние часы, также вплоть до дневных.
Таким образом, на самых высоких геомагнитных широтах снова наблюдается один максимум частоты появления
сияний, приходящийся на околополуденные часы.
3. Ориентация дуг и полос полярных сияний
Среднее положение проекций дуг и полос полярных сияний на земную поверхность было определено еще
Вегардом и Крогнессом [38] по снимкам, выполненным одновременно в двух или нескольких пунктах. Согласно
этим исследованиям дуги, хотя и близко следуют геомагнитным широтам, но не совпадают с ними. Хултквист [71]
полагает, что отклонение среднего азимута от направления геомагнитной параллели обусловлено отличием
гео-магнитного поля от поля диполя. Более детальными исследо-ваниями было обнаружено, что азимуты дуг на
станциях вблизи зоны полярных сияний существенно меняются в течение суток {72-76].
Обработка фотографических и визуальных наблюдений поляр-ных сияний в период МГГ по большому числу
пунктов северного и южного полушария подтвердила наличие суточных вариаций дуг в пространственной ориентации
сияний не только на широтах зоны полярных сияний, но и в полярной шапке [48, 56, 75, 77- 82]. Эти суточные
изменения азимутов дуг характеризуются сле-дующими особенностями.
На Ф ^ 60° азимуты дуг мало меняются в течение суток. Амплитуда изменений азимутов увеличивается с
ростом широты, составляя примерно 20° на Ф < 65° и 60° на Ф > 75°. В вечерние часы (в северном полушарии)
азимуты, отсчитываемые' к востоку от направления на геомагнитный полюс, больше 90°, в утренние - меньше 90°,
в полдень и полночь составляют 90°. В приполюсной области вращение дуг связано с направлением на Солнце.
По материалам наблюдений, полученным во время МГГ с по-мощью камер полного неба, Густавсон [371]
определял направле-ние дуг полярных сияний относительно геомагнитных координат, исправленных за недипольную
часть магнитного поля- Зависи-мость ориентации дуг от геомагнитной широты и геомагнитного времени состоит
в следующем: в дневное время азимуты дуг на всех станциях в области широт 70-90° изменяются в одном и том
же направлении. В ночное время наблюдается изменение направления дуг на широте 78°. Ниже этой области,
на широтах 70-78°, азимуты дуг непрерывно уменьшаются, а на широтах 80-86° со временем наблюдается
увеличение азимутов. Получен-ные кривые ориентации дуг полярных сияний представляют собой овалы
довольно правильной формы. Наибольшее удаление от полюса характерно для полуночных часов, а наименьшее -
для полуденных. Подтверждено, что на высоких широтах направление азимутов дуг связано с направлением
на Солнце, т. е. дуги сохра-няют свое положение неизменно в пространстве (параллельно линии Солнце-Земля)
и кажутся нам вращающимися только в результате суточного вращения Земли. Сравнение полученных кривых
ориентации дуг полярных сияний с кривыми максимальной частоты повторяемости сияний показывает очень
хорошее согласие.
4. Пульсации полярных сияний
На станции Новолазаревская (70°46' Ю, 11°50' З) с марта по o июнь 1965 г. проводились электрофотометрические
измерения интенсивности быстрых вариаций полярных сияний одновременно с регистрацией КПК
(короткопериодические колебания) геомагнитного поля [372]. Анализ результатов наблюдений показал,
что интенсивность светового потока полярных сияний испытывает почти непрерывные колебания, преимущественно
с периодом 3-25 сек., сопровождающиеся аналогичными пульсациями геомагнитного поля (типа Рi1).
Обнаруженная связь носит не только статистический характер, она проявляется и в отдельных слу-аях.
Наилучшая корреляция между КПК геомагнитного поля и полярными сияниями наблюдается при пульсирующих
и пламенных сияниях. Базисные определения высоты сияний дают значения высоты для пульсирующих или
пламенных дуг 100-115 км, для пятен-90-110км.
В работе [373] показано, что во время интенсивных бухтообразных возмущений происходят пульсации светимости
полярных сияний, совпадающие во время возбуждения с КПК типа Рi2 и имеющие близкий с ними период.
Омхольт [374] получил данные о быстрых пульсациях интен-сивности отдельных эмиссий в полярных сияниях в
диапазоне 1-20 гц. Наблюдения проводились 4-канальным фотометром в феврале-марте 1966 г. в Тромсё.
Быстрые вариации интенсив-ности в интегральном свете и в линии 4278 А N2+ схожи между собой;
в линии 5577 А быстрые вариации отсутствуют, что, по-ви-димому, связано с большим временем жизни возбужденного
атома в состоянии 'S. Пульсации большей частью сопровождают медлен-ные вариации интенсивности свечения,
но иногда появляются независимо.
Спектры мощности пульсации характеризуются быстрым уменьшением мощности на 1 гц с увеличением частоты.
Отдельные точки на спектральной кривой распределены беспорядочно во времени и по частотам. По-видимому,
существует большое различие между пульсациями с низкими частотами и частотами более 1 гц. Высокочастотные
пульсации довольно иррегулярны и появляются только при сияниях в виде слабых диффузных пятен исключительно
после магнитной полуночи. О связи пульсации с поглощением космического радиошума см. в главе XII.
Пульсирующие сияния связаны также с пульсациями рентгенов-ского излучения (см. главу X).
5. Локальные особенности в распределении полярных сияний
В дальнейшем основное внимание мы будем уделять глобаль-ным эффектам в поведении сияний.
В этом параграфе отметим, что детальное исследование распределения сияний над срав-нительно
небольшими участками земной поверхности позволило выявить ряд интересных локальных особенностей,
приводящих к незначительным отклонениям от средних пространствен-ных закономерностей в некоторых
ограниченных районах, но не нарушающих общей глобальной картины распределения сияний.
Береговой эффект. Еще в 20-х годах XIX река русский полярный исследователь Ф. П. Врангель
отметил увеличение частоты появления сияний вблизи берега.
Влияние подстилающей поверхности на особенности протека-ния геофизических процессов
впервые обнаружено по вариациям геомагнитного поля. С. И. Мансуров [375] и В. К. Сенько [37в] показали, что
вблизи береговой черты наблюдается аномальное увеличение вариаций Z-составляющей. Л. Н. Жигалов [377] по
наблюдениям на дрейфующих станциях обнаружил, что отноше-ние Z/H уменьшается с увеличением глубины океана.
Увеличе-ние вариаций Z-составляющей вблизи береговой линии объяснено Е. А. Пономаревым [378] скид-эффектом
в районе береговой черты, так как проводимость морской воды на несколько порядков выше проводимости льда
и кристаллических пород, слагающих берег.
Позднее было обнаружено влияние береговой лииия и на мор-фологию полярных сияний. По аскафильмам камеры
С-180 в бухте Тикси Ю. А. Надубович [379] и Д. П. Дума [380] нашли, что сияния над морем обладают большой
подвижностью, причем бывают случаи, когда при приближении к берегу дуги сияний фиксируются вдоль береговой
черты. Над островами, мелями и в районе выноса в море пресных вод нередко обнаруживаются разрывы дуг
полярных сияний. Иногда наблюдается перегиб одно-родных дуг, идущих перпендикулярно в берегу, причем точка
перегиба всегда совпадает с береговой линией. Геомагнитный азимут береговой части дуги всегда меньше азимута
ее морского участка. Максимум частоты появления дуг с перегибом совпадает с максимумом положительного
возмущения. Интенсивность дуг и полос над островами, мелями и районами сильного опреснения морских
вод уменьшается.
Влияние берега сказывается и в распределении сияний по высоте. Как показано Д. А. Андриенко, вблизи берега
сияния минимальны и повышаются как в сторону моря, так и в сторону берега.
Азимуты однородных дуг,
пересекающих береговую черту, изменяются скачкообразно. Высоты однородных дуг и полос за-висят от
расстояния дуги до берега моря. Для сияний, нижняя граница которых меньше 110 км, высота увеличивается
по мере приближения к берегу со стороны суши. Для сияний на высотах более 110 км влияния береговой линии
не обнаружено.
Зависимость характеристик сияний от раздела вода-суша была названа "береговым эффектом". Исследованию
этого эффекта посвящена монография Ю. А. Надубовича [ИЗ].
Береговой эффект в полярном сиянии, а также зависимость отношения Z/H от глубины моря Е. А. Пономарев
пытался объяснить взаимодействием переменного тока в сияниях с токами,наведенными в море.
Это взаимодействие должно зависеть от проводимости подстилающей поверхности.
Обработка аскафильмов станций Тикси, Котельный, Мурманск, Верхоянск, выполненная Ю. А. Надубовичем
[11З], [показала следующее.
1. Максимальная изоаурора (см. стр. 21) однородных форм полярных сияний в дни с
умеренной магнитной возмущенностью повторяет характер береговой черты. Для лучистых и диффузион-ных
форм сияний связь максимальной изоауроры с очертаниями берега отсутствует. Изоауроры обнаруживают
тенденцию повто-рять форму наиболее характерных выступов материка.
2. Вблизи береговой черты наблюдаются максимальные откло-нения азимутов дуг и полос
сияний от средних значений. Значительные колебания азимутов в районе Тикси объясняются тем, что наряду
с сияниями с обычными азимутами [384] существуют сияния, стремящиеся расположиться вдоль береговой черты.
3. Протяженные формы полярных сияний в конкретных слу-чаях часто изгибаются вдоль
береговой черты.
Попытка теоретически объяснить береговой эффект была сделана Е. А. Пономаревым [381].
Влияние на распределение сияний магнитной аномалии.
По аскафильмам пяти камер всего неба на территории восточной Сибири В. П. Самсоновым и др. [382, 383]
была составлена карта частоты появления полярных сияний, показывающая большую неравномерность в их
распределении. Частота появления сияний в соседних микрорайонах, размером порядка сотни километров, может
различаться весьма существенно. Такое различие постоянно во времени (наблюдается в различные сезоны года),
не зависит от уровня геомагнитной возмущенное. Области максимальной и минимальной плотности лучей
привязаны к определенным географическим районам. Сопоставление с подробными картами гео-магнитного
поля показало, что область наибольшего сосредоточения лучей совладает с районами Восточно-Сибирской
магнитной аномалии.
|
