Искусственное полярное сияние


Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы понимаем какое-нибудь физическое явление, является его повторение в лаборатории. Это удалось сделать и для полярного сияния — создать его искусственно в лаборатории с масштабами нашей планеты. Так, США в 1958, СССР в 1973 и СССР совместно с Францией в 1985 провели эксперименты по созданию искусственных полярных сияний.

 Свечения, подобные полярным сияниям, возникали в результате ядерных взрывов в высоких слоях атмосферы, проводившихся министерством обороны США во время МГГ. Эти эксперименты были важны для изучения радиационного пояса Ван Аллена и природы естественных полярных сияний. Такого рода сияния наблюдались в районе островов Мауи (Гавайские о-ва) и Апиа (о-ва Самоа) вскоре после ядерных взрывов «Тик» и «Ориндж», которые проводились на высотах около 70 и 40 км над атоллом Джонстон в центральной части Тихого океана 1 и 12 августа 1958. Свечение, видимое над Апиа 1 августа, состояло из дуги малинового цвета и лучей, которые сначала были фиолетовыми, затем красными и постепенно переходили в зеленые.


угие искусственно вызванные сияния, связанные со взрывами «Аргус I, II и III», проведенными на высоте около 480 км 27 и 30 августа и 6 сентября 1958, наблюдались в районе взрывов в южной части Атлантического океана. Цвет их был красным с примесью желтовато-зеленого. Во время взрыва «Аргус III» красное искусственное сияние наблюдалось также около Азорских о-вов, на противоположном от места взрыва конце соответствующих силовых линий магнитного поля Земли (т.е. на территории, геомагнитно сопряженной с данной).

Эти наблюдения ясно показывают, что искусственные сияния в районе взрыва и на геомагнитно сопряженной с ним территории были вызваны такими высокоэнергетическими частицами, как электроны, образовавшиеся в результате β-распада при ядерном взрыве. Иными словами, частицы с высокой энергией, образовавшиеся в результате взрыва, двигались вдоль силовых линий геомагнитного поля, формируя искусственные радиационные пояса Ван Аллена, и привели к образованию «полярных сияний» на обоих концах силовых линий. Судя по высоте появления и цветовой гамме этих сияний, можно предположить, что причиной их возникновения является возбуждение атмосферного кислорода и азота в результате соударений с заряженными частицами, обладающими высокой энергией, что имеет большое сходство с механизмом образования естественных полярных сияний.

С упомянутыми взрывами в высоких слоях атмосферы, особенно с экспериментами «Тик» и «Ориндж», были связаны также существенные возмущения магнитного поля Земли и ионосферы. Таким образом, в результате проведенных экспериментов была получена важная информация о естественных полярных сияниях и связанных с ними явлениях.


Существует еще один антропогенный феномен свечения высоких слоев атмосферы, обусловленный выбросами ракетами газообразного натрия или калия. Это явление можно назвать искусственным свечением в отличие от искусственного полярного сияния, так как его причины близки к тем, которые вызывают естественное свечение воздуха.

В ночь с 29 на 30 мая 1973 года в Советском Союзе впервые проведен эксперимент «Зарница». С помощью метеорологической ракеты МР-12 было создано искусственное поляр­ное сияние на высотах 100 – 180 км.

Ракета несла ускоритель электро­нов, разработанный Институтом электросварки имени Е. О. Патопа АН УССР. Когда она вышла за пре­делы атмосферы, на высоте около 100 км электронная «пушка»напра­вила потоки заряженных частиц в околоземное пространство. Энергия электронов в пучке составляла от 7,5 до 10 тыс. эв при мощности все­го пучка около 400 кВт. На 200-й се­кунде полета ракета достигла мак­симума высоты – 163 км. Экспери­мент продолжался 232 секунды на восходящей и нисходящей ветвях траектории полета ракеты, вызывая розовое свечение неба, подобное по­лярному сиянию.

Детектор, разработанный Институ­том космических исследований АН СССР, регистрировал электроны, от­раженные от земной атмосферы.


искусственным вторжением электро­нов в ионосферу следило несколько наземных станций с оптическими (включая телевизионные) и радио­физическими средствами наблюде­ния. Для того чтобы аппаратура на наблюдательных пунктах зафикси­ровала это вторжение, необходимо было выбрать темную безлунную ночь и абсолютно чистое небо.«Зарница» – первый «управляемый» эксперимент в космосе, осуще­ствленный в нашей стране. В нем использо­ван принципиально новый, активный метод. (До 1973 года эксперимен­ты велись пассивно – фиксировалось развитие естественных процессов и явлений в околоземном пространст­ве.) Исследователи получили свыше 300 фотографий искусственного по­лярного сияния. Удалось выяснить особенности прохождения электрон­ного пучка, тонкую структуру луче­вых форм сияния, лучше попять не­которые вопросы вторжения энер­гичных электронов в верхнюю атмосферу.

Большой интерес к результатам проявили французские ученые. Ведь «Зарница» – это своего рода была подготовка к предстоящему совет­ско-французскому эксперименту.  Этот эксперимент получил название „Аракс“ и был начат в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями. В качестве лабораторий были выбраны две магнитосопряжённые точки на поверхности Земли (то есть две точки на одной и той же силовой линии магнитного поля). Ими были в южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в северном полушарии поселок Согра в Архангельской области.


#160;острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определённой высоте создал поток электронов. При движении вдоль магнитной силовой линии от Земли, которая над экватором была уже на расстоянии 20 000 км, эти электроны проникли в северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой. К сожалению, облака не позволили визуально наблюдать это сияние с поверхности Земли. Однако радарные установки чётко зарегистрировали его возникновение. Название „Аракс“ составлено из первых букв французских слов Artificiel polaire aurore — Kergelen–Sogra, которые в переводе означают „искусственное полярное сияние — Кергелен–Согра“.

Эти эксперименты не просто позволяют понять причины и механизм возникновения полярного сияния. Они дают уникальную возможность изучать структуру магнитного поля Земли, процессы в её ионосфере и влияние этих процессов на погоду вблизи земной поверхности. Особенно удобно выполнять такие эксперименты не с электронами, а с ионами бария. При таких экспериментах удобными для введения в ионосферу (физики говорят для инжектирования) являются ионы бария. Примерно через 35 с после инжекции он возбуждается в солнечных лучах и создает яркое малиново-красное свечение.

Источник: spacelab.mininuniver.ru


В России — сезон северного сияния. Туристы со всего мира спешат посмотреть на уникальное природное явление. Гостиницы в северных регионах забронированы до апреля. Одни едут за отличными кадрами. Другие – необычно провести отпуск. Третьи – зачать ребёнка. Почему северное сияние год от года становится всё популярнее, где лучше всего его наблюдать и какие опасности оно в себе хранит? Подробности в нашем репортаже.

Природа феномена

Что такое северное сияние? Финское название северного сияния «revontulet» (в переводе – «лисьи огни»). Саамы считали, что это полярная лиса взметает пушистым хвостом снежные искорки.

Загадку таинственных огней отгадал еще Михаил Ломоносов. Он пришёл к выводу, что основная роль в сиянии отведена электричеству. Учёный провёл эксперимент: через колбы, наполненные различными газами, пропустил ток – после опыта колбы засияли неповторимыми цветами.

Иначе говоря, Солнце выбрасывает заряженные частицы – солнечный ветер, которые, достигая Земли, заставляют атмосферу переливаться разными огнями. С помощью магнитного притяжения наша планета «ловит» пролетающий солнечный ветер и направляет его туда, где находятся магнитные полюса. Там солнечные частицы моментально притягиваются к ним, и от столкновения солнечного ветра с атмосферой появляется энергия, преобразующаяся в свет, которая и создаёт северное сияние. Волны и переливы, которые видит человек, происходят на высоте от 100 до 300 километров.


Поймать огненную лису за хвост

Полярное сияние в северных широтах России можно наблюдать с сентября по апрель. Мурманская область входит в десятку лучших мест на планете для просмотра этого явления. Легко добраться, относительно тёплые зимы. Весь сезон ежедневно сюда прилетает по 100-150 человек: увидеть, сфотографировать, заняться любовью. У китайцев, которые до сих пор самые многочисленные гости на Кольском полуострове, существует легенда: если зачать ребёнка во время северного сияния – он будет здоров, счастлив и сказочно богат. Говорят, корнями это суеверие уходит в скандинавскую мифологию, но жители Поднебесной восприняли его как родное. А вдруг, правда, сработает?

Президент Ассоциации гидов Мурманской области «Арктические гиды» Владимир Онацкий весь сезон возит туристов вслед за полярным сиянием. Рассказывает: самые популярные направления – Териберка, Саамы, Ловозеро, Хибины, Хаски и Мурманск. Но северное сияние очень зависит от погоды. Благодаря тёплому течению Гольфстрим на Кольском полуострове намного теплее, чем, например, на Чукотке. Но оно же увеличивает облачность. Это значит, что увидеть полярное сияние можно не всегда и не везде.


огда в поисках цветных переливов приходится ездить всю ночь. «Туристы питаются слухами, – сетует Владимир. – Вот кто-то кому-то сказал, что в Териберке самое яркое и продолжительное сияние. Все едут туда. Приехали, встали, небо затянуло тучами. Оттуда только одна дорога, и остаётся только стоять и дожидаться, когда небо очистится. Гораздо лучше, если начинать охоту за сиянием из Мурманска. Из него идут четыре дороги. Это значит, мы смотрим на погоду и уже выезжаем в самый благоприятный район».

Трёхдневный тур «За сиянием» в Мурманскую область стоит от 30 тысяч рублей. Кроме китайцев приезжают тайцы, филиппинцы, индийцы, испанцы. Они гораздо интеллигентнее китайцев, знают английский язык и не экономят на поездке.

«В Мурманской области официальная статистика по количеству туристов очень отличается от реальных цифр, – говорит Владимир Онацкий. – Гостиницы на этот сезон забронированы за полгода-год. Реальные цифры раз в пять выше. Многие приезжают дикарями, снимают жильё у местных жителей. Самостоятельно едут в популярные места». Отследить через туристические фирмы также невозможно. Последние два-три года увеличилось количество гидов-нелегалов. Показать лучшее северное сияние обещают даже таксисты. Правда, результат они не гарантируют. Честные арктические гиды возят своих гостей до тех пор, пока не удастся поймать огненную лису за хвост.

По словам Владимира, он работает в основном с русскими. Многие из них приезжают вновь – со своей семьёй, коллегами, друзьями. Он считает, крайне важно, когда клиенты довольны и о регионе остаётся приятное впечатление. А недавно на Кольском полуострове туристический бизнес пошёл вслед за спросом: стали строить стеклянные иглу – и небо видно, и тепло.

Как сфотографировать северное сияние


  • Нужен штатив, чтобы надёжно зафиксировать фотоаппарат в момент съёмки.
  • Стоит запастись терпением, поскольку северное сияние не загорается по расписанию. Оденьтесь теплее и возьмите с собой термос с тёплым напитком.
  • В ожидании полярного сияния лучше держать камеру в кофре или под одеждой.
  • Съёмку необходимо производить с фокусом на бесконечность (режим пейзажной съёмки).
  • И – самое важное – надо выставить выдержку не менее чем на 15 секунд. Иначе снимки получатся тёмными, а сияние будет незаметно.

Кстати, сейчас Русское географическое общество продолжает приём фотографий на V фотоконкурс «Самая красивая страна». Возможно, победителем станет снимок полярного сияния. Подробности здесь.

При чём тут сирены?

Северные люди заметили: полярное сияние отнимает разум. Русские поморы даже ввели понятие «мерячение». Оно обозначает необычное психическое заболевание, которое одновременно возникает у нескольких человек. Эскимосы называют такое «зовом Полярной звезды».

Первым, кто отметил это явление с медицинской точки зрения, оказался британский доктор Уотсон. Он участвовал в нескольких полярных экспедициях в самом начале ХХ века. Учёный описал людей, впадавших в странное состояние, которые начинали совершать ритмичные, последовательные движения и двигались в сторону севера. Любые попытки их удержать приводили к активному сопротивлению. Уотсон назвал это состояние экспедиционным или полярным бешенством.


Ранее с этим странным явлением столкнулся знаменитый полярник Амундсен. Он был штурманом корабля «Бельжик», который стоял на зимовке у берегов Антарктиды. Несколько членов экспедиции «услышали» зов Полярной звезды. Один из них даже сбежал с корабля в снежные просторы, а другой попытался убить топором Амундсена. 

Врачи, принимавшие участие в полярных экспедициях, обнаружили закономерность: почти все случаи полярного бешенства совпадали с активностью полярного сияния. Самые страшные – совпадавшие со вспышками красного цвета. Число подобных приступов экспедиционного бешенства серьезно возрастало в годы с зафиксированными пиками солнечной активности, когда и происходили самые яркие полярные сияния.

В Петрограде 1918 года появился Институт мозга. Его возглавил академик Бехтерев. Учёный проявил интерес к психическим болезням, проявляющимся в полярных районах. Бехтерев организовал научную экспедицию на Кольский полуостров, но безрезультатную. В 1957 году советские учёные вернулись к этому исследованию. После экспериментов они выяснили: определённые формы полярных сияний пульсируют с частотой, которая близка к основным ритмам человеческого мозга, что и вызывает своеобразный сбой в его работе.


яркие вспышки алого цвета совпадают с частотой, близкой к ритмам мозга. Они вызывают обострение хронических заболеваний и припадки, сходные с эпилептическими. У других подопытных под воздействием таких вспышек появлялись головные боли и сбои в работе вестибулярного аппарата. Такому типу воздействий особенно подвержены люди, склонные к психическим заболеваниям.

Частота их излучения – 8-13 герц, что соответствует частоте бета- и альфа-ритмов человеческого мозга. Человек, наблюдающий полярное сияние, ощущает необъяснимую потребность стать единым целым с чем-то величественным. Полярное сияние сопровождается активным инфразвуком, не ощутимым на слух. Инфразвук непредсказуем: неизвестно, какие изменения при этом происходят с мозгом и сердечно-сосудистой системой человека. Поэтому стать свидетелем северного сияния – означает подвергать себя неизвестной опасности для организма.

Инфразвук – причина многих трагедий, происходящих в море. Незначительное воздействие инфразвука влечёт за собой морскую болезнь, среднее – вызывает нарушения функций мозга, иногда до лишения зрения и слуха. Считается, что инфразвук 7 герц смертелен для человека. Смерть наступает по причине вибрации внутренних органов, что приводит к остановке сердца. Учёные считают, что легенды о морских сиренах, манящих мореплавателей, напрямую связаны с полярным сиянием.

Источник: www.rgo.ru

Искусственное полярное сияние

Что такое Полярное сияние

Полярное сияние – электрическое свечение верхних разреженных слоев атмосферы Земли, которое возникает в результате соударения заряженных солнечных частиц и газов в атмосфере…

Сияние, представляет из себя поистине завораживающее зрелище: цветные дуги, лучи, пятна, кольца, вихри, которые быстро передвигаются по воздуху, переливаясь разными цветами. Порой движение и игра цветами этого невероятного природного калейдоскопа может продолжаться от десятков минут до нескольких суток. Обычно, полярное сияние возможно наблюдать на высоте от 80 до 1000 км. Высота появления и цвет небесного свечения зависят от состава атмосферы.

Более яркими и интенсивными для земной атмосферы являются зеленое или красное свечение кислорода и фиолетовое азота. Вместе эти газы могут создавать невероятные сочетания, начиная с высоты приблизительно в 100 км, а на высоте больше 200-400 км основным осветительным элементом будет выступать уже один кислород.

В истории

Еще не так давно в течении многих столетий это уникальное природное явление вызывало у человека суеверный страх или благоговейный трепет. Для древнего викинга полярное сияние было ликом его верховного бога Одина и считалось благоприятным знамением. Жители Гренландии верят в то, что в сполохах полярного сияния находятся души их предков, которые живут после смерти на небесах.

Природа явления

В наше время ученые знают о природе полярного сияния, его научились создавать искусственно и детально классифицировать.

Общеизвестный факт, что от Солнца во все стороны, вместе с волнами электромагнитного излучения, распространяются на огромной скорости потоки электрически заряженных частиц (протонов и электронов), которые получили название солнечного ветра. Его взаимодействие с магнитным полем Земли приводит к повышенной концентрации заряженных частиц в зонах, окружающих геомагнитные полюсы Земли, что может объяснить то, почему именно в Арктике и Антарктике чаще всего наблюдается полярное сияние.

Искусственное полярное сияние

Сталкиваясь с атомами кислорода и азота, солнечные частицы приводят их в возбужденное состояние, то есть сообщают им электрический заряд, как результат, выделяется избыток энергии, молекулы воздушного вещества дают яркое световое излучение. Если замена электронов происходит в молекулах кислорода, излучение приобретает оттенки в зеленой и красной областях спектра, если в молекулах азота – сияние приобретает фиолетовый оттенок. Такого рода процессы могут происходить лишь в высоких слоях атмосферы, потому как в низких, более плотных слоях сталкивающиеся атомы и молекулы воздуха сразу же отнимают друг у друга энергию, полученную от солнечных частиц.

Если наблюдать с земной поверхности небесное свечение проявляется в виде общего быстро изменяющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей».

Раньше считали, что полярные сияния в северном и южном полушариях симметричны. Но одновременное наблюдение за полярным сиянием в мае 2001 г. из космоса со стороны северного и южного полюсов показало, что северное и южное сияние все-же отличаются друг от друга. 2016 год – обнаружили новый вид полярных сияний — фиолетового цвета. Его назвали Стив.

Искусственное полярное сияние

Когда у полярного сияния нет цвета

Временами можно наблюдать только свечение, которое не имеет цвета. Так происходит не из за особенностей природного явления. Все потому, что глаз человека не в состоянии улавливать цвета при слабом освещении. В сумерках в комнате человек видит все предметы черно-белыми. То же самое происходит когда наблюдают за небесным свечением: если оно недостаточно яркое, то человеческий глаз не будет улавливать цвета.

Активность полярного сияния

Появление небесного свечения, его частота и интенсивность зависят от определенных закономерностей. Максимальная активность полярного сияния на протяжении суток отмечается около 23.00, сезонный пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним промежутки времени: март-апрель и сентябрь-октябрь. Если взять более серьезные промежутки времени, то максимальные пики активности полярное сияния представляют из себя циклы, состоящие приблизительно из 27 дней и 11 лет, именно через эти временные промежутки небесного свечение возникает чаще обычного и, кроме северного и южного полюсов, оно наблюдается и в более низких широтах.

Эти циклы совпадают с периодами высокой активности магнитного поля нашей планеты, так называемыми «магнитными бурями». Магнитные бури, в свою очередь, связаны с солнечной активностью. 27 суток – это период вращения Солнца, а через каждые 11 лет на нем циклично повышается активность, которая выражается в появлении мощных групп пятен и сильных вспышек, как следствие этого увеличивается интенсивность солнечного ветра – основного фактора, который оказывает влияние на возникновение полярного сияния.

Искусственное полярное сияние

Каким бывает полярное сияние (классификация)

Группы

Сейчас по классификации, которая была составлена еще в 1963 г., полярные сияния делятся на три группы: лентообразные, диффузные и лучи.

• Лентообразные – к ним имеют отношения сияния в форме дуг и полос, с непрерывной нижней границей; дуги представляют из себя арку с правильным, резко очерченным нижним краем, полосы больше подвижны, чем дуги, нижний край у них неправильный, он содержит изгиб или складку. Лентообразное полярное сияние простирается в небе на тысячи километров по горизонтали и на сотни километров по вертикали, причем толщина их доходит лишь до несколько сот метров, из чего ученые сделали выводы, что данный тип полярных сияний вызывается узким электронным пучком. Зачастую лентообразные формы возникают в несколько ярусов, простирающихся один над другим через весь небосвод, что представляет собой невероятное и захватывающее зрелище.

• Диффузные – формы небесного свечения имеют вид пятен с нечеткими границами, похожих на облака, или вид вуали, представляющей из себя протяженное однородное свечение. Такие формы как правило появляются в зоне полярных сияний на последней стадии их развития.

• Лучи – представляют из себя узкие пучки света и расположены в небесном пространстве вдоль силовых линий магнитного поля нашей планеты, они бывают разной длины, могут располагаться тесно друг возле друга, а могут быть разбросанными по всему небосклону. Лучи часто можно наблюдать вместе с другими формами полярного сияния.

Искусственное полярное сияние

Структура. Степень активности

Полярное сияние различают также по структуре. Она бывает однородной, когда отсутствует внутренняя структура свечения, без видимых лучей, волокнистой, состоящей из беспорядочных полосок или волокон, располагающихся параллельно нижнему краю, или лучистой, как бы сотканной из массы отдельных, мерцающих лучей. Еще один элемент классификации полярных сияний – степень активности явления. Спокойные формы небесного свечения почти не изменяются или изменяются, но довольно медленно, тогда как активные формы подвержены быстрым изменениям во времени и пространстве, они как правило ярче спокойных.

Локальные особенности

Имеется еще несколько локальных особенностей полярного сияния, которые приводят к отклонениям явления от общих закономерностей. Так, ученые выявили влияние береговой линии на морфологию такого явления – сияние над морем обладает большой подвижностью, а интенсивность его над островами, мелями и в районах опреснения морских вод в заметной степени уменьшается. Кроме этого, береговая линия оказывает влияние и на высоту полярного сияния: вблизи берега она минимальна, но повышается как в сторону моря, так и в сторону суши.

Искусственное полярное сияние

Учеными еще не до конца изучены такие закономерности, и единственным объяснением «берегового эффекта» в наши дни остается взаимодействие переменного тока в сияниях с токами, наведенными в море. Еще одна локальная особенность небесного свечения это неравномерность их распределения, постоянная во времени, то есть не зависящая от уровня геомагнитной активности. Области максимальной и минимальной плотности и частоты возникновения полярных сияний сопоставили с картами геомагнитного поля, как результат области наибольшего сосредоточения сияний совпали с районами магнитных аномалий. Большую активность небесные свечения проявляют в зоне Восточно-Сибирской магнитной аномалии.

Искусственное полярное сияние

При помощи радиолокации можно следить за движением полярного сияния даже при солнечном свете, точно определять высоту и протяженность этого явления. Еще в 1985 г. советские и французские ученые провели успешный эксперимент по созданию искусственного полярного сияния, который получил название «Араке». Такого рода экспериментов было проведено еще много, они помогли досконально изучить механизм возникновения небесного свечения, дали дополнительные возможности по изучению магнитного поля нашей планеты, солнечного излучения, процессов, которые происходят в ионосфере, и влияние этих процессов на погоду вблизи поверхности Земли.

 

Искусственное полярное сияние

 

Источник: shtorm777.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.