дневной стороне протяженность магнитного поля порядка десяти земных радиусов, то на ночной стороне магнитное поле обнаруживается (при помощи искусственных спутников Земли) на расстояниях в сотни земных радиусов.

Положение овальных зон полярных сияний показано на рисунке 10.8,в красными стрелками. Смещение зон в ночную сторону, безусловно, связано с различием структуры геомагнитного поля на дневной и ночной сторонах. Иными словами, оно обусловлено влиянием солнечного ветра на магнитное поле Земли.

Интересно заметить, что уже в прошлые века была подмечена

связь между магнитным полем Земли и полярными сияниями. Поморы, жившие на берегах северных морей, знали, что во время полярных сияний стрелка компаса начинает метаться. На па-зорях компас дурит ,- говорили они.

Люминесценция. Почему светятся различные тела и среды? Причин тому немало. Во-первых, тела и среды могут светиться отраженным или рассеянным светом, как, например, луна или дневное небо. Во-вторых, они могут светиться собственным светом, испускаемым при достаточно высоких температурах (Солнце, пламя костра, рас-

каленная нить обычной электрической лампочки). В-третьих, возможно свечение собственным светом, не связанное с нагревом. Этот холодный свет называют люминесцентным. С явлением люминесценции мы встречаемся, когда наблюдаем свечение моря, когда смотрим на светящийся экран телевизора, когда пользуемся лампами дневного света. Свет полярных сияний-это гоже люминесценция.

Для люминесценции необходимо, чтобы предварительно в теле (среде) накопилась энергия; ее называют энергией возбуждения. Эта энергия затем высвечивается телом (средой) - возникает излучение люминесценции, люминесцентный свет. Высвечивание может происходить практически сразу же после получения телом энергии возбуждения - через время порядка всего 10~*...10~ с. В этом случае создается впечатление, что тело люминесцирует, пока оно получает энергию возбуждения; прекратилось возбуждение - и тут же прекратилось свечение. Такую люминесценцию называют флуоресценцией. В тех случаях, когда люминесценция наблюдается уже после прекращения возбуждения (тело может светиться в течение секунд, минут, даже часов), говорят о фосфоресценции. На экране телевизора мы наблюдаем флуоресценцию; светящийся циферблат часов, светящиеся дорожные указатели - примеры фосфоресцирующих тел.

Люминесценцию полярных сияний следует отнести к флуоресценции.

Способы возбуждения люмине-сцирующих тел разнообразны. В связи с этим выделяют разные виды люминесценции (как флуорес-

ценции, так и фосфоресценции). Укажем некоторые из них: фотолюминесценция (возбуждение производится светом, поглощаемым частицами тела), хемилюминес-ценция (возбуждение за счет энергии, выделяющейся при определенных химических реакциях), электролюминесценция (возбуждение энергией электрического поля, происходящее при возникновении электрических разрядов в газах), катодолюминесценция (возбуждение за счет энергии пучка электронов, бомбардирующих лю-минесцирующее вещество). С ка-тодолюминесценцией все хорошо знакомы - это люминесценция экрана телевизионной трубки, бомбардируемого управляемым пучком электронов, который сканирует по поверхности экрана. Люминесценция (точнее говоря, флуоресценция) полярных сияний - это тоже катодолюминесценция. Она вызывается потоками электронов, которые вторгаются в земную атмосферу. Люминесци-рующим экраном является в данном случае сама атмосфера, или, правильнее сказать, атомы, молекулы, ионы атмосферы.

Физика люминесценции стала понятной лишь в нашем столетии - когда была создана квантовая физика, объяснившая свойства, поведение, взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов). Было установлено, что энергия микрочастицы квантуется: принимает лишь некоторые определенные значения. Набор этих значений энергии различен для разных видов микрочастиц (для разных атомов, молекул, ионов). С этими значениями сопоставляют так называемые энергетические уровни. В обычном состоянии микрочастица находится на самом

нижнем уровне, ее энергия минимальна. Возбуждение переводит микрочастицу скачком на один из более высоких ее уровней, с которого она затем скачком или несколькими скачками (через промежуточные уровни) возвращается назад. Скачки вниз сопровождаются во многих случаях испусканием квантов света (фотонов), которые и составляют люминесцентное излучение.

Если скачок (его называют квантовым переходом) происходит с уровня, имеющего энергию £2, на уровень с энергией £(£2>£), испускается фотон с энергией 8=£2-Ef. Частота света, состоящего из таких фотонов, есть

v = 8 i=(£2-fi)/ (10 )

где h - постоянная Планка; /г= =6,6-Ю Дж-с. Длина волны такого света

Е. = 4,17эв

Е=196эВ

/(-0,56мнм

Е,тО

/.=0,63мнм

лучение с длиной волны 0,56 мкм (зеленый свет), а при втором - 0,63 мкм (красный свет).

Убедимся в этом, проделав несложные вычисления. Надо найти длину волны

X=c/v = ch/{Ei - Es) (10.10) излучения при переходах EjE, и £ .

(с - скорость света в вакууме). Подчеркнем, что частота (длина волны) люминесцентного излучения определяется структурой энергетических уровней частиц данного люминесцирующего ве- щества.

В качестве примера рассмотрим имеющиеся в верхних слоях земной атмосферы атомы кислорода, которые могут быть возбуждены в результате бомбардировки их электронами солнечного ветра. Эти атомы затем люминесцируют (высвечиваются) при переходах с уровня So на уровень D и с последнего уровня на основной (рис. 10.9) (смысл обозначений уровней пояснять здесь не будем). Энергия уровня Sf, составляет 4,17 эВ, а уровня D, 1,96 эВ. При первом переходе испускается из-

венно 4,17 эВ и 1,96 эВ (относительно Е ).

Для этого воспользуемся формулой (10.10). Величина he в этой формуле равна 1,98-10~ Дж-м. Для первого перехода: £2-£,=(4,17-1.96) эВ=2,21 эВ. Так как 1 эB=l,6-10~ Дж, то, следовательно, £2-£,=3,54-10 Дж. В результате находим: ;i = l,98-10 Аж-м/3,54-10- Дж= =0,56 Ю * м=0,56 мкм. Для второго перехода: £,-£о=1,96 эЭ=3,14 10- Дж; отсюда Х2=1,98-10 =* Дж-м/3,14-10 Дж= =0,63 мкм.

Электронные полярные сияния.

Различают два типа полярных сияний - вызываемые потоками космических электронов (элекгрон-ные сияния) и вызываемые потоками протонов (протонные сияния). Сразу же отметим, что главную роль играют электронные