вость сияния тоже вполне понятна - она объясняется изменениями (возмущениями) магнитного поля Земли под воздействием солнечного ветра. В то же время остается еще немало загадок, связанных с сияниями. Как уже отмечалось, неясно, как именно хвост магнитосферы ускоряет и фокусирует электроны. Непонятно, почему зона сияний имеет форму овала. Неясно также происхождение шелеста и треска, которые иногда сопровождают полярное сияние.

Протонные полярные сияния. Ранее мы говорили, что, в отличие от электронных, протонные сияния не характеризуются четкой структурой - они размыты, имеют вид бесформенных светящихся пятен.

Попробуем разобраться, с чем это связано.

Когда протоны, принесенные солнечным ветром, поггадают в магнитное поле Земли, они, подобно электронам, начинают двигаться по спиральным траекториям вокруг силовых линий поля. Однако гирорадиус протона при тех же значениях энергии и питч-угла, что и у электрона, будет

существенно больше электронного- в 40...50 раз (напомним задачу, рассматривавшуюся выше). Уже поэтому протонные траектории оказываются менее привязанными к силовым линиям магнитного поля, чем электронные. Но дело не только в этом. Более существенно то, что во время своего движения в земной атмосфере лрогон может захватить свободный электрон и тем самым превратиться в атом водорода. В результате такого превращения возникает частица, которая уже не подчиняется действию магнитного поля (в силу того, что она электрически нейтральна). Образовавшийся атом водорода по прямой удаляется в сторону от своей силовой линии до тех пор, пока новое столкновение не приведет к потере электрона (ионизации), после чего он, теперь уже в качестве протона, будет закручиваться вокруг новой силовой линии. Сказанное поясняет рисунок 10.12: в точке А на рисунке протон захватил электрон и превратился в атом водорода; в точке В атом водорода испытал столкновение с другим атомом (которое, однако, не привело к потере электрона нашим атомом); в точке С атом водорода в результате

очередного столкновения потерял электрон и превратился в протон. Пролетая через атмосферу Земли, протон может несколько раз пройти через последовательные этапы захвата и потери электрона. В результате он может значительно удалиться от первоначальной силовой линии. Именно поэтому протонные сияния оказываются пространственно нечеткими, сильно размытыми (диффузные пятна).

Когда протон захватывает электрон, он превращается в атом водорода, находящийся, как правило, в одном из возбужденных состояний. Кроме того, возможно возбуждение атома водорода в результате столкновения (например, при столкновении в точке В на рисунке 10.12). Переходя затем в основное состояние, атом водорода испускает фотон с длиной волны, соответствующей одной из линий спектра атома водорода. Наиболее яркой оказывается спектральная линия с Я,=0,66 мкм (красный цвет). Вот почему протонные диффузные пятна окрашены преимущественно в красноватые тона.

Магнитные бури. У М. А. Дудина есть прекрасное стихотворение, посвященное полярному сиянию:

Ах, как играет этот Север! Ах, как пылает надо мной Разнообразных радуг веер В его короне ледяной! Ему, наверно, по натуре Холодной страсти красота. Усилием магнитной бури Преображенная в цвета...

В стихотворении упоминается магнитная буря. Что это такое? Очень подробное и выразительное

описание магнитной бури, наблюдавшейся в Арктике в самом конце 1894 г., можно найти в дневнике Ф. Нансена: После полудня было редкостное северное сияние. Когда я вышел в шесть часов, яркая дуга перекинута была над южным краем неба. Долгое время она оставалась спокойной, почти не изменяясь. Затем началось сильное свечение у ее верхнего края за черным гребнем горы; с минуту продолжалось пылание; затем вдруг свечение распространилось вдоль дуги на запад, к зениту ото всей ленты метнулись лучи и, не успел я опомниться, как вся южная часть неба, от дуги до зенита, оказалась объята светлым пламенем. Оно сверкало и горело, кружилось, словно в вихре ветра, лучи летали взад и вперед, то красные и красно-фиолетовые, то желтые, зеленые и ослепительно белые; то у основания лучи были красные, а наверху желтые и зеленые, то наоборот. Выше и выше поднималось пламя; вот оно достигло и северной стороны зенита - на мгновение в нем образовалась великолепная корона; потом всё обратилось в одну крутящуюся огненную массу. Это был точно водоворот огня, красного, желтого и зеленого - глаз ослепляло это зрелище...

Мы уже отмечали изменчивость и подвижность картины полярного сияния. Но особенно изменчиво и подвижно сияние во время магнитной бури. Такое сияние отличается исключительной динамичностью, яркостью, масштабностью. Всё это можно видеть из приведенных выше записей в дневнике Нансена.

Если бы мы могли наблюдать магнитную бурю из космоса, то

увидели бы существенное расширение светящегося овала авро-ральной зоны. Расширение овала происходит как в сторону полюса, так и в направлении к экватору. Во время сильных магнитных бурь полярными сияниями могут любоваться даже жители Средиземноморья и Северной Африки.

Чем же вызывается магнитная буря? Прежде чем ответить на этот вопрос, напомним, что мы (наша планета Земля) удалены от Солнца на расстояние, равное всего ста диаметрам Солнца. С точки зрения масштабов солнечной системы это совсем немного. Можно сказать, что Земля непосредственно контактирует с веществом Солнца, Расширяясь в пространстве, это вещество (потоки электронов и протонов) порождает солнечный ветер, обдувающий нашу планету и обжимающий ее магнитосферу (ее магнитное поле). Известно, что состояние атмосферы Солнца все время меняется; происходят вспышки, появляются, перемещаются и исчезают пятна.

В этом проявляется солнечная активность. Временами солнечная активность резко усиливается. Так было, например, в 1972 г. В августе этого года на Солнце произошла мощнейшая вспышка, за которой последовала целая серия сильных вспышек. Они привели к резкому увеличению плотности и скорости солнечного ветра, воздействующего на магнитосферу Земли. В результате магнитосфера претерпела существенные возмущения, начался период сильных магнитных бурь на Земле.

Интерес к магнитным бурям необычайно вырос в последние десятилетия. Ученые приходят к убеждению, что вызываемые солнечной активностью сильные возмущения магнитного поля Земли влияют не только на полярные сияния, но (что гораздо важнее) и на состояние земной атмосферы. В частности, высказывается мнение, что именно возмущения магнитного поля Земли являются причиной зарождения мощных циклонов.