Полярное сияние
|
Особенно интересным и зрелищным эффектом, сопровождающим магнитную бурю, является полярное сияние. Полярные сияния разной формы и окраски возникают на высоте 80–1000 км. Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестников катастроф – эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. В этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил.
Сегодня известно, что полярные сияния сигнализируют о месте и времени воздействия Космоса на земные процессы. Мы знаем, что это свечение верхней атмосферы в высоких широтах северного и южного полушарий Земли, которое вызывается энергичными заряженными частицами, вторгающимися в земную магнитосферу на своем пути от Солнца.
Если заряженная частица движется вдоль силовых линий магнитного поля, то оно никак не влияет на ее движение. В высоких широтах Земли силовые линии магнитного поля почти вертикальны, что создает благоприятные условия для проникновения частиц в атмосферу Земли.
Если заряженная частица движется перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля, на нее действует сила Лоренца, которая закручивает ее вокруг силовой линии магнитного поля. В результате при отсутствии столкновений с другими частицами рассматриваемые частицы будут просто вращаться вокруг силовых линий. Столкновения могут приводить к перескоку частиц с одних круговых орбит на другие. Но скорость такого движения существенно меньше, чем скорость направленного движения потока частиц при отсутствии магнитного поля. В низких широтах силовые линии почти параллельны поверхности Земли. Поэтому, чтобы частицы, вызывающие полярное сияние, могли здесь проникнуть в атмосферу, они должны прорваться поперек силовых линий Земли, а это для них практически невозможно.
Если частица движется под определенным углом к направлению магнитного поля, то такое движение можно разложить на два независимых движения: перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля и параллельно им. Траектория частицы в этом случае будет спиралью, накручивающейся на силовую линию магнитного поля. Шаг спирали зависит от величины продольной скорости, а радиус – от поперечной скорости. Таким образом, заряженная частица, попадая в магнитное поле Земли, может достигнуть ее атмосферы только в полярных областях, независимо от того, где она оказалась вначале.
Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, стекают в область полюсов, где достигают плотных слоев атмосферы и возбуждают атомы и молекулы газов. Для этого они имеют достаточно энергии. Возбужденные атомы испускают энергию в виде света. Анализ спектров излучения в полярных сияниях показывает, что зеленое и красное свечение испускается возбужденными атомами кислорода, а инфракрасное и фиолетовое – ионизованными молекулами азота.