2014-06-05

Полярне сяйво

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (2 голосів)

Полярне сяйво

Полярне сяйво багато в чому залишається загадкою. У загальних рисах механізм його утворення описаний досить давно, проте невирішених питань, як і раніше багато. Істотний прорив у розумінні цього явища став можливий завдяки групі супутників Cluster, які досліджують магнітне поле Землі.

Процес утворення полярного сяйва схожий до того, який відбувається в старій телевізійній трубці. Тут електронна гармата розганяє пучки електронів і направляє їх на екран, покритий люмінофором, який світиться від зіткнення. Щось подібне відбувається і в космічних масштабах коли утворюється полярне сяйво: заряджені частинки сонячного вітру прискорюються за рахунок магнітного поля Землі в так званій «розгінній зоні», розташованій над Північним полюсом, на висоті 5-8 тис. км. Вони спрямовуються далі в іоносферу, верхній шар земної атмосфери. Тут розігнані електрони та іони починають стикатися з атомами і молекулами іоносфери. Значна частина енергії при зіткненні вивільняється у вигляді світла, яке ми бачимо, коли спостерігаємо полярне сяйво.

Сьогодні вченим відомо, що крім магнітного поля Землі, важливу роль у прискоренні заряджених частинок грають і електричні поля. Завдяки взаємодії сонячного вітру з магнітним полем Землі планета оточена шарами плазми, що утворюють складну просторову структуру. Ці шари мають різні електричні потенціали, а значить, при їх контакті створюються умови для виникнення електричних струмів. Струми, пов'язані з полярним сяйвом, утворюються в районі полюсів планети на дуже великих висотах, де зближуються різні плазмові шари - різниця потенціалів приводить до виникнення зустрічних потоків заряджених частинок (електронів та іонів). 

Як з'ясувалося в ході відповідних досліджень, ці потоки зазвичай приймають одну з двох поширених форм - симетричну (U-тип) або асиметричну (S-тип). Структури симетричного типу виявлені на кордоні між центральним плазмовим шаром, розташованим в хвості магнітосфери на екваторіальних широтах, і прикордонним шаром, який знаходиться дещо північніше. Структури S-типу знайдені на кордоні між прикордонним плазмовим шаром і полярною шапкою в ще більш високих широтах.

Було відмічено, що в більш низьких широтах - там, де спостерігаються структури U-типу - шари плазми відрізняються більшою однорідністю, ніж в районі полярної шапки, де формуються структури S-типу. Це дозволило зробити таке припущення: симетричні шари плазми повинні призводити до утворення симетричних потоків, а якщо ж властивості шарів істотно відрізняються, потік приймає асиметричну форму. Словом, виникнення тієї чи іншої структури пояснюється специфічними параметрами плазми на кордоні двох шарів, перш за все - різницею в густині плазми.

Останні дані, отримані європейськими вченими за допомогою групи супутників Cluster, не дуже добре вписуються в цю модель. Проходячи кордон між центральним і прикордонним плазмовим шаром в зоні полярних сяйв, перший апарат виявив присутність симетричної структури (U-тип). Проте всього через 16 хвилин другий апарат групи, що рухався за практично ідентичною орбітою, при перетині кордону шарів зареєстрував присутність структури S-типу, характерної для районів полярної шапки. Вчені не розраховували виявити тут нічого подібного, тому отримані дані стали для багатьох великою несподіванкою.

І все ж прийняту модель ще рано списувати з рахунків: за хвилини, що розділяли два супутники, густина потоку заряджених частинок на кордоні значно впала, що було зареєстровано їх апаратурою. Очевидно це означає зміну в співвідношенні густини шарів - на деякий час вони стали «асиметричними», внаслідок чого тут утворилася структура, характерна для районів полярної шапки. Таким чином, подія була проінтерпретована як тимчасова реконфігурація структури потенціалів.

Незважаючи на значний прорив в дослідженні полярних сяйв, багато питань у цій області досі залишаються відкритими. Наприклад, що «запускає» механізм прискорення заряджених частинок, результатом якого стає світіння у верхніх шарах атмосфери? Адже полярне сяйво не присутнє на небі постійно - воно з'являється лише час від часу.

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus