Атмосфера землі, енциклопедія Навколосвіт
АТМОСФЕРА ЗЕМЛІ
Термосфера.
Вище температурного мінімуму мезопаузи починається термосфера, в якій температура, спочатку повільно, а потім швидко знову починає рости. Причиною є поглинання ультрафіолетового, випромінювання Сонця на висотах 150-300 км, обумовлене іонізацією атомарного кисню: О + hv ® Про + + е.
У термосфере температура безперервно зростає до висоти близько 400 км, де вона досягає вдень в епоху максимуму сонячної активності 1800 К. В епоху мінімуму ця гранична температура може бути менше 1000 К. Вище 400 км атмосфера переходить в изотермичности екзосферу. Критичний рівень (підстава екзосфери) знаходиться на висоті близько 500 км.
Полярні сяйва і безліч орбіт штучних супутників, а так само сріблясті хмари - всі ці явища відбуваються в мезосфері і термосфере.
Полярні сяйва.
У високих широтах під час збурень магнітного поля спостерігаються полярні сяйва. Вони можуть тривати кілька хвилин, але часто видимі протягом декількох годин. Полярні сяйва сильно розрізняються за формою, кольором і інтенсивності, причому всі ці характеристики іноді дуже швидко змінюються в часі. Спектр полярних сяйв складається з емісійних ліній та смуг. В спектрі сяйв підсилюються деякі з емісій нічного неба, перш за все зелена і червона лінії l 5577 Å і l 6300 Å кисню. Буває, що одна з цих ліній у багато разів інтенсивніше інший, і це визначає видимий колір сяйва: зелений або червоний. Зміни магнітного поля супроводжуються також порушеннями радіозв'язку в полярних районах. Причиною порушення є зміни в іоносфері, які означають, що під час магнітних бур діє потужне джерело іонізації. Встановлено, що сильні магнітні бурі відбуваються при наявності поблизу центру сонячного диска великих груп плям. Спостереження показали, що бурі пов'язані не з самими плямами, а з сонячними спалахами, які з'являються під час розвитку групи плям.
Полярні сяйва - це світлова гама змінюється інтенсивності з швидкими рухами, що спостерігається в високоширотних районах Землі. Візуальне полярне сяйво містить зелену 5577Å) І червону (6300/6364Å) Емісійні лінії атомарного кисню і молекулярні смуги N2. які порушуються енергійними частинками сонячного і магнітосферного походження. Ці емісії зазвичай висвічуються на висоті близько 100 км і вище. Термін оптичне полярне сяйво використовується для позначення візуальних полярних сяйв і їх емісійного спектра від інфрачервоної до ультрафіолетової області. Енергія випромінювання в інфрачервоній частині спектра істотно перевершує енергію видимої області. При появі полярних сяйв спостерігалися емісії в діапазоні УНЧ (<30 кГц), включая УНЧ-хоры и УНЧ-шипения. Термин радиоаврора используется для обозначения авроральной активности, создающей неоднородности ионизации, ориентированные вдоль силовых линий поля на авроральных высотах, которые являются причиной обратного рассеяния радиоволн.
Реальні форми полярних сяйв важко класифікувати; найбільш споживані наступні терміни:
1. Спокійні однорідні дуги або смуги. Дуга зазвичай простягається на
1000 км в напрямку геомагнітної паралелі (в напрямку на Сонце в полярних районах) і має ширину від одного до декількох десятків кілометрів. Смуга - це узагальнення поняття дуги, вона зазвичай не має правильної дугоподібної форми, а згинається у вигляді букви S або у вигляді спіралей. Дуги і смуги розташовуються на висотах 100-150 км.
2. Промені полярного сяйва. Цей термін відноситься до авроральной структурі, витягнутої уздовж магнітних силових ліній, з довжиною по вертикалі від декількох десятків до декількох сотень кілометрів. Протяжність променів по горизонталі невелика, від декількох десятків метрів до декількох кілометрів. Зазвичай промені спостерігаються в дугах або як окремі структури.
3. Плями або поверхні. Це ізольовані області світіння, що не мають певної форми. Окремі плями можуть бути пов'язані між собою.
4. Вуаль. Незвичайна форма полярного сяйва, що представляє собою однорідного світіння, яке покриває великі ділянки небосхилу.
За структурою полярні сяйва підрозділяються на однорідні, половатие і променисті. Використовуються різні терміни; пульсуюча дуга, пульсуюча поверхню, дифузна поверхню, промениста смуга, драпрі і т.д. Існує класифікація полярних сяйв по їх кольором. Згідно з цією класифікацією полярні сяйва типу А. Верхньої частини або повністю мають червоний колір (6300-6364 Å). Вони зазвичай з'являються на висотах 300-400 км при високій геомагнітної активності.
Полярні сяйва типу В пофарбовані в нижній частині в червоний колір і пов'язані зі світінням смуг першої позитивної системи N2 і першої негативної системи O2. Такі форми сяйва з'являються під час найбільш активних фаз полярних сяйв.
Зони полярних сяйв - це зони максимальної частоти появи сяйв у нічний час, за даними спостерігачів у фіксованій точці на поверхні Землі. Зони розташовуються на 67 ° північної і південної широти, а їх ширина складає близько 6 °. Максимум появ полярних сяйв, який відповідає цьому моменту геомагнітного місцевого часу, відбувається в овалоподобних поясах (овал полярних сяйв), які розташовуються асиметрично навколо північного і південного геомагнітних полюсів. Овал полярних сяйв фіксований в координатах широта - час, а зона полярних сяйв є геометричним місцем точок опівнічної області овалу в координатах широта - довгота. Овальний пояс розташовується приблизно на 23 ° від геомагнітного полюса в нічному секторі і на 15 ° в денному секторі.
Овал полярних сяйв і зони полярних сяйв. Розташування овалу полярних сяйв залежить від геомагнітної активності. Овал ширшає при високій геомагнітної активності. Зони полярних сяйв або кордону овалу полярних сяйв краще представляються значенням L 6,4, ніж дипольними координатами. Геомагнітні силові лінії на кордоні денного сектора овалу полярних сяйв збігаються з магнітопауза. Спостерігається зміна положення овалу полярних сяйв в залежності від кута між геомагнітної віссю і напрямком Земля - Сонце. Овал полярних сяйв визначається також на основі даних про висипаннях частинок (електронів і протонів) певних енергій. Його положення може бути незалежно визначено за даними про Каспію на денній стороні і в хвості магнітосфери.
Добова варіація частоти появи полярних сяйв в зоні полярних сяйв має максимум в геомагнітну опівночі і мінімум в геомагнітний опівдні. На приекваторіальній стороні овалу частота появи полярних сяйв різко зменшується, але форма добових варіацій зберігається. На пріполюсном стороні овалу частота появи полярних сяйв зменшується поступово і характеризується складними добовими змінами.
Інтенсивність полярних сяйв.
Інтенсивність полярних сяйв визначається вимірюванням уявній поверхні яскравості. Поверхня яскравості I полярного сяйва в певному напрямку визначається сумарною емісією 4рI фотон / (см 2 с). Так як ця величина не є істинною поверхневою яскравістю, а являє собою емісію з стовпа, зазвичай при дослідженні полярних сяйв використовують одиницю фотон / (см 2 · стовп · с). Звичайна одиниця для вимірювання сумарної емісії - Релей (РЛ) дорівнює 10 6 фотон / (см 2 · стовп. · С). Більш практичні одиниці інтенсивності полярних сяйв визначається щодо емісій окремої лінії або смуги. Наприклад, інтенсивність полярних сяйв визначається міжнародним коефіцієнтами яскравості (МКЯ) за даними про інтенсивність зеленої лінії (5577 Å); 1 КРЛ = I МКЯ, 10 КРЛ = II МКЯ, 100 КРЛ = III МКЯ 1000 КРЛ = IV МКЯ (максимальна інтенсивність полярного сяйва). Ця класифікація не може бути використана для сяйв червоного кольору. Одним з відкриттів епохи (1957-1958) стало встановлення просторово-часового розподілу полярних сяйв у вигляді овалу, зміщеного відносно магнітного полюса. Від простих уявлень про кругову формі розподілу полярних сяйв щодо магнітного полюса був здійснений перехід до сучасної фізики магнітосфери. Честь відкриття належить О.Хорошевой, а інтенсивну розробку ідей овалу полярних сяйв здійснили Г.Старков, Я.Фельдштейн, С-І.Акасофу і ряд інших дослідників. Овал полярних сяйв є область найбільш інтенсивного впливу сонячного вітру на верхню атмосферу Землі. Інтенсивність полярних сяйв найбільша саме в овалі, а за його динамікою ведуться безперервні спостереження за допомогою супутників.