Небесные сполохи и земные заботы.

Алексеева Лилия Михайловна

*(Так строится АЕ-индекс.)

Другие исследователи предпочитают судить о суббуре по записям магнитных станций средних широт, здесь магнитографы тоже "слышат" ее (ведь работают все "блоки" включенного телевизора), но магнитное поле не меняется так "по-сумасшедшему", как в районе аврорального овала.

Можно отвлечься от капризов суббури, взглянув на нее с космической высоты. Для этого используют снимки аврорального овала, переданные со спутников. Однако спутники, изучающие полярные сияния таким образом, тратят на оборот вокруг Земли часа полтора, сама же суббуря продолжается всего час-два. Ясно, что следить за развитием одной суббури такой спутник не может. Но, во-первых, из подсмотренных эпизодов передачи на один и тот же сюжет можно составить о нем представление, а, во-вторых, можно подключить еще совокупный опыт наземных наблюдений.

Итак, вот сценарий суббури. Представим себе, что мы смотрим с высоты на нашу Землю и видим целиком ее полярный район. Сначала экран космического телевизора занимает испытательная

таблица — авроральный овал в виде светящегося кольца. С высоты различаются самые яркие длинные дуги. Особенно отчетливы они в вечерне-предполуночном секторе. В этом секторе обычно и начинается суббуря. Переход от спокойного состояния овала к суббуре — как взрыв: он происходит в считанные минуты. С экваториальной стороны овала внезапно вспыхивает новая дуга или становится ярче какая-то часть уже существовавшей дуги. Вспыхнувшая область начинает расширяться в сторону полюса, вершина выпуклости движется со скоростью 500–600 метров в секунду. В это время на Земле магнитографы рывками выписывают свои бухты. Заметим, что с западной стороны образовавшейся выпуклости излом дуг особенно резок. Спустя 5-10 минут после вспышки этот излом начинает смещаться на запад со скоростью 0,5–5 километров в секунду. Через 10–30 минут от внезапного начала суббури светящаяся выпуклость останавливается. Все постепенно возвращается на свои места: клочья сияний в области выпуклости ослабевают, сияния вновь оказываются на более низких широтах, где они наблюдались до взрыва, затихают магнитные возмущения — бухты. Одиночная суббуря закончилась.

Чтобы наблюдать все это с Земли, должно повезти. Надо оказаться под самым овалом, в его вечерне-пред-полуночной части. Да к тому же вершин развития и охвата большой территории достигают лишь сильные суббури, а они нечасты. Суббуря в общем-то явление локальное, и слабую суббурю порой не видят даже с сосед-лей наблюдательной станции.

Случай наблюдать суббурю выпал Фритьофу Нансену на рождество 1895 года во время вынужденной зимовки вдвоем со своим спутником Иогансоном, когда они не знали даже, на какую именно попали землю, покинув "Фрам" и двигаясь по льду Ледовитого океана. Нансен тогда записал в дневнике: "Погода почти тихая, и такой приятный лунный свет; невольно настраиваешься на торжественный лад. Это покой тысячелетий. После полудня было редкостное северное сияние. Когда я вышел в 6 часов, яркая, светло-желтая 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, была объята светлым пламенем. Оно сверкало и горело, кружилось, словно в вихре ветра (движение происходило по солнцу), 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 мгновенье в нем образовалась великолепная корона; потом все обратилось в одну крутящуюся огненную массу; это был точно водоворот огня, красного, желтого и зеленого — глаз ослепляло это зрелище. Оно походило на сильный электрический разряд. Затем сияние перешло на северную часть неба, где оставалось долго, хотя уже не было такое блестящее. Дуга, из которой оно произошло на юге, была еще видна, но скоро исчезла. Движение лучей происходило главным образом с запада на восток, но отчасти и в обратном направлении. Позже несколько раз вспыхивало сияние в северной части неба, я насчитал до шести параллельных лент зараз; но яркостью они не достигали прежних".

Удивительно, с какой точностью ведет наблюдения знаменитый ученый-путешественник, будто пользуется категориями современной нам науки! А категории эти установились лишь к 70-м годам нашего река.

Когда отдельная суббуря заканчивается, авроральный овал начинает жить обычной жизнью: идет круговорот, конвекция светящихся форм, растягивание или сжатие всего овала из-за изменений южной составляющей магнитного поля в налетающем потоке солнечного ветра. Но о сильной суббуре в магнитосфере остается память — увеличенное число энергичных частиц. Они появились с той стороны магнитосферы, где разразилась суббуря — в вечерне-предполуночном секторе. Эти энергичные частицы пополнили собой радиационные пояса Земли. Те из них, которые не потерялись в атмосфере из-за слишком большого размаха качаний вдоль магнитной силовой линии, постепенно обходят вокруг Земли, каждая со своей скоростью. Поэтому начальное их облако начинает размываться и приобретает характерные очертания радиационного пояса — это добавка к тому поясу, который был до суббури. А потом все идет, как при нашем описании радиационного пояса со слов "представим себе теперь, что в ловушке находятся не одна, а много частиц…".

Но бывает так, что за одной суббурей следует, накладываясь на нее, другая, потом третья и т. д. — до десятка и более (был случай — до 30) суббурь. Это уже буря, еще говорят: магнитная буря. При ней возмущения магнитного поля регистрируются по всей Земле, а не только вблизи аврорального овала, как при суббурях. Когда повторяющиеся суббури складываются в бурю, под авроральным овалом магнитные возмущения представляют собой следующие друг за другом бухты. При этом, как говорилось, магнитографы соседних

станций дают резко отличающиеся записи. В то же время на средне- и низкоширотных станциях магнитографы ведут себя по-другому; хотя и дергающимися стрелками, но дружно регистрируют уменьшенную величину магнитного поля в течение нескольких дней*, продолжая это делать и тогда, когда суббури в приполярных областях уже закончились. Это общее, глобальное уменьшение магнитного поля создается электрическим током, текущим в радиационных поясах Земли. В самом деле, пояса сильно пополнились частицами во время серии суббурь. Теперь частиц в них стало так много, что на полярном небе можно увидеть то место, где они высыпаются из переполненных поясов в ионосферу, образуя неяркую полосу бело-желтого свечения, вытянутую примерно в направлении магнитной параллели, — мы уже говорили о ней. Эта полоса приходится на более низкие широты, чем следующие друг за другом подвижные, яркие сияния суббурь. Области, где появляются эти добавленные при суббурях энергичные частицы, находятся внутри магнитосферы, там, где магнитное поле близко к дипольному. Добавленные частицы совершают свое движение, характерное для частиц радиационных поясов: протоны, оборачиваясь вокруг Земли, смещаются на запад, электроны — на восток. Это означает, что по радиационному поясу течет направленный на запад электрический ток, он и вызывает глобальное уменьшение магнитного поля в низких и средних широтах Земли при буре. В обычное время ток такого типа тоже существует в радиационных поясах, но, во-первых, он мал, а, во-вторых, он входит, как сказать, в фон, а мы сейчас говорим об отклонениях. Поэтому останавливаться на этом фоновом токе мы не будем.

*(Это Dst-магнитная вариация. Она характеризует величии) возмущений при буре и может достигать 1000 нТ.)

Во время таких космических бурь "рваные" возмущения магнитного поля, из-за которых дергаются магнитные стрелки приборов, могут достигать такой силы, что в земной коре, в металлических предметах, в проводных системах связи благодаря магнитной индукции наводятся довольно сильные, тоже беспорядочные электрические токи. Они способны вызвать помехи и даже аварии в телефонно-телеграфной связи. Так, вот время сильной магнитной бури 11 февраля 1958 года в Швеции выходили из строя электрические линии и линии связи, была прервана сигнализация на железных дорогах, на кабелях загорался изоляционный материал, горели предохранители и даже трансформаторы.

При сильных магнитных бурях сияния могут наблюдаться далеко от аврорального овала как в сторону полюса, так и в сторону низких широт. Во-первых, выпуклости сияний, характерные для суббурь, все время заходят из аврорального овала в полярную шапку и создают неровное свечение с ее ночной стороны. Во-вторых, иногда высыпаются частицы из внутренних районов магнитосферы, магнитные силовые линии из которых приходят на поверхность Земли в низких широтах. Тогда полярные сияния бывают в Крыму и даже в Северной Африке.

Ионосфера Земли во время магнитных бурь, когда идут высыпания частиц из магнитосферы, естественно, не может находиться в нормальном состоянии, и радиосвязь ухудшается. Например, во время уже упоминавшейся бури 11 февраля 1958 года прервалась радиосвязь во многих районах Земли, 15 июля 1959 года из-за магнитной бури не было связи по радио между Европой и Северной Америкой.

Не удивительно, что магнитные бури привлекали к себе внимание и начали изучаться гораздо раньше суббурь. Долгое время вообще считалось, что суббури — всего лишь спутники бури, осложняющие ее течение на высоких широтах, Правда, норвежский ученый К. Биркеланд еще в начале века выделил суббурю как самое значимое магнитное явление (он сумел также предугадать и ряд других идей космофизики 60-70-х годов: например, важность электрических токов, направленных вдоль силовых линий магнитного поля Земли). К сожалению, его прозорливость не могла заметно продвинуть вперед науку о суббурях, поскольку одними наземными средствами наблюдений изучать суббури было невозможно, так переменчиво и капризно их поведение, да и вести наблюдения за суббурями нужно на высоких широтах, тогда еще мало освоенных.

Когда же начались наблюдения непосредственно в космосе, стало ясно, что суббуря — самый важный из быстротекущих процессов в околоземном пространстве. И еще: магнитных бурь, как мы видели, без суббурь не бывает, суббури же могут происходить и сами по себе, вне магнитных бурь. Как отметил американский космофизик С. Акасофу, "подобно циклонам в атмосфере, суббури, эти скоротечные явления в магнитосфере, больше влияют на ее состояние, чем спокойные процессы, на фоне которых они развиваются". Например, есть некоторые свидетельства, что суббуря, совершившись, сама приводит к растяжению аврорального овала.

Так и попало красивейшее явление природы — цветное мятущееся полярное сияние — в самый центр делового внимания космо- и геофизиков. Однако до сих пор, несмотря на интенсивное изучение, непосредственные причины суббури остаются неизвестными. Что же касается вероятности увидеть суббурю, то, как уже отмечалось, она становится значительно выше, когда солнечный ветер некоторое время приносит межпланетное магнитное поле с большой южной составляющей. Магнитные же бури, как правило, сопровождают вход нашей планеты в поток солнечной плазмы более быстрый, чем обычный солнечный ветер. Такие потоки на фоне нормального солнечного ветра появляются при солнечных вспышках или вытекают из особых, длительно существующих областей на Солнце — мы еще будем говорить об этом. И важно еще: насколько сильна южная составляющая магнитного поля в этих скоростных потоках.