Verhnyaya atmosfera

Soderzhanie:
1. Vvedenie
2. Neitral'naya atmosfera
3. Ionosfera
4. Plazma verhnei ionosfery i magnitosfery
5. Polyarnye siyaniya

1. Vvedenie

K verhnei atmosfere otnosyat oblast' atmosfery vyshe 50 km ot poverhnosti Zemli. Osn. otlichie V. a. ot nizhnei sostoit v tom, chto dlya V. a. harakterny processy dissociacii i ionizacii molekul i atomov pod vozdeistviem UF-izlucheniya Solnca. Vyshe 50 km polet vysotnyh aerostatov nevozmozhen, poetomu dlya issledovaniya V. a. primenyayut apparaturu, podnimaemuyu na raketah, sputnikah i KA, a takzhe radiometody (otrazhenie radiovoln ot ionosfery i dr.). Vedutsya nablyudeniya za meteorami, serebristymi oblakami (na vysotah 85 km), svecheniem nochnogo neba i polyarnymi siyaniyami.

Vnesh. granica atmosfery, t. e. granica oblasti, v k-roi gazovaya sreda gravitacionno i geneticheski svyazana s Zemlei, nahoditsya na rasstoyanii 8 -12 R_Z (sr. radius Zemli R_Z = 6371 km).

Massa atmosfery vyshe 50 km sostavlyaet menee 1 g nad kazhdym sm², chto ne prevyshaet 1/1000 doli polnoi massy atmosfery. Chislo chastic v 1sm³, ravnoe na urovne morya 2,7^.10¹⁹, na vysote 50 km ubyvaet do 2^.10¹⁶, a na rasstoyanii 1 R_Z sostavlyaet lish' 10³. Osobenno bystro proishodit umen'shenie s vysotoi koncentracii neitral'nyh chastic.

2. Neitral'naya atmosfera

Ris. 1. Stroenie neitral'noi verhnei atmosfery Zemli. Krivaya ukazyvaet izmenenie temperatury atmosfery T s vysotoi h.

Klassifikaciya razlichnyh zon neitral'noi V. a. (ris. 1) mozhet byt' provedena na osnovanii raspredeleniya s vysotoi temp-ry T, poskol'ku eto raspredelenie otrazhaet balans osn. energetich. processov v atmosfere. Balans uchityvaet pogloshenie teploty razlichnymi sloyami, ee poteri na izluchenie i fotohim. reakcii, a takzhe ottok teploty k bolee holodnym oblastyam atmosfery vsledstvie teploprovodnosti ili vertikal'nogo peremeshivaniya.

V nizhnem, pripoverhnostnom sloe atmosfery, nazyvaemom troposferoi, temp-pa bystro padaet s rostom vysoty h, poskol'ku zdes' rol' osn. istochnika nagreva igraet poverhnost' Zemli. Na vysotah km temp-ra vnov' vozrastaet vsledstvie poyavleniya novogo istochnika teploty - poglosheniya solnechnogo UF-izlucheniya sloem ozona i v nek-roi stepeni iz-za poglosheniya IK-izlucheniya.

V rezul'tate na vysotah 50 km voznikaet nebol'shoi maksimum T (mezopik). Vyshe temp-pa vnov' umen'shaetsya, t. k. zdes' atmosfera ohlazhdaetsya za schet sobstvennogo izlucheniya v kosmos (v IK-diapazone). Etu oblast' naz. mezosferoi, a ee verhnyuyu granicu (h 85 km) - mezopauzoi. Zdes' duyut sil'neishie vetry, voznikayut konvekcionnye dvizheniya, privodyashie k bystrym izmeneniyam raspredeleniya po vysote "malyh", no himicheski i opticheski aktivnyh komponentov (O₃, SO₂, N₂O, ON i dr.). Nek-rye iz proishodyashih zdes' fotohim. processov privodyat k svecheniyu, nablyudaemomu, v chastnosti, kak sobstvennoe svechenie nochnogo neba. Odno iz naibolee intensivnyh svechenii obuslovleno perehodami mezhdu vrashatel'no-kolebatel'nymi urovnyami energii molekul (radikalov) ON. Ono vklyuchaet chast' IK-oblasti spektra i vmeste s IK-izlucheniem molekul SO₂ privodit k ohlazhdeniyu atmosfery vblizi mezopauzy. Pri poyavlenii zdes' mel'chaishih chastic meteornoi pyli, takzhe izluchayushei v IK-diapazone, vyholazhivanie usilivaetsya i temp-pa v oblasti mezopauzy mozhet opuskat'sya do ochen' nizkih znachenii (200 K).

Nad mezopauzoi raspolagaetsya termosfera, v nei proishodit bystryi rost T s vysotoi, svyazannyi s poglosheniem solnechnogo korotkovolnovogo izlucheniya, a takzhe (v nizhnei chasti) teploty, vydelyayusheisya pri ob'edinenii (rekombinacii) atomov kisloroda v molekuly (pri etom v energiyu teplovogo dvizheniya chastic prevrashaetsya energiya solnechnogo UF-izlucheniya, pogloshennaya ranee pri dissociacii molekul O₂). Na vysokih shirotah vazhnyi istochnik teploty v termosfere - dzhouleva teplota, vydelyaemaya elektrich. tokami magnitosfernogo proishozhdeniya. Etot istochnik vyzyvaet znachitel'nyi, no neravnomernyi razogrev V. a.- v pripolyarnyh shirotah, osobenno vo vremya magn. bur'.

Rost T, postepenno zamedlyayas' s vysotoi, prodolzhaetsya primerno do 200- 300 km, prichem teplota, vydelyayushayasya zdes', peredaetsya vniz vsledstvie teploprovodnosti; tam ona rashoduetsya na razlichnye fotohim. prevrasheniya komponentov atmosfery i na IK-izluchenie. Vyshe termosfery T prakticheski postoyanna, poskol'ku v etoi oblasti - termopauze - pogloshenie solnechnogo izlucheniya stol' neznachitel'no, chto ego intensivnost' prakticheski ne menyaetsya s vysotoi. Odnako pri poyavlenii na bol'shih vysotah dopolnitel'nyh istochnikov nagreva (napr., poglosheniya myagkogo korpuskulyarnogo izlucheniya polyarnyh siyanii, poglosheniya infrazvukovyh voln, voznikayushih v nizhelezhashei atmosfere i v oblasti polyarnyh siyanii, poglosheniya magnitogidrodinamicheskih voln, prihodyashih iz magnitosfery, dzhoulevyh poter' elektrich. tokov, rezko usilivayushihsya vo vremya magn. bur') rost T mozhet prodolzhat'sya i vyshe 200-300 km. Noch'yu temp-pa v termopauze v gody minimuma solnechnoi aktivnosti ravna 500 - 700 K, a v gody maksimuma - 1000 - 1500 K. Dnevnaya temperatura primerno na 30 % vyshe nochnoi.

Ris.2. Raspredelenie temperatury T s vysotoi h v atmosferah Venery, Zemli i Marsa.

Interesno sopostavit' temperaturnye harakteristiki treh planet zemnoi gruppy - Venery, Zemli i Marsa (ris. 2). Plotnost' atmosfery vblizi poverhnosti na Venere primerno v 100 raz vyshe, a na Marse - primerno v 150 raz nizhe, chem na Zemle, i ih atmosfery, v otlichie ot zemnoi, sostoyat v osnovnom iz SO₂. Pripoverhnostnye temp-ry takzhe zametno otlichayutsya, t. k. ochen' plotnaya atmosfera Venery sozdaet parnikovyi effekt, znachitel'no bol'shii, chem na Zemle, a tem bolee na Marse. Tem ne menee, rezkie razlichiya v harakteristikah nizhnei atmosfery v znachit. stepeni vyravnivayutsya na urovne mezosfery, osobenno - k mezopauze (h 85 -100 km na vseh treh planetah). Eto ob'yasnyaetsya shodnymi processami poter' teploty na IK-izluchenie vblizi mezopauzy. Odnako temp-ry v termosferah planet okazyvayutsya ves'ma razlichnymi. Molekuly SO₂, sostavlyayushie zametnuyu dolyu v nizhnei chasti termosfer Venery i Marsa, sposobny izluchat' teplotu v kosmos bolee effektivno, chem molekuly N₂ i O₂ v zemnoi verhnei atmosfere, poetomu termosfery Venery i Marsa zametno holodnee termosfery Zemli. Osobenno nizka temp-pa v termosfere Venery na nochnoi storone, t. k. iz-za ochen' medlennogo vrasheniya planety znachit. kolichestvo teploty, nakoplennoi vyshe mezopauzy pri pogloshenii solnechnogo izlucheniya na dnevnoi storone, uspevaet vysvetit'sya za vremya ochen' dlinnoi nochi. Sravnenie harakteristik atmosfer planet zemnoi gruppy pozvolyaet glubzhe ponyat' prirodu processov, opredelyayushih teplovoi balans V. a. Zemli (sm. Planety).

Rns. 3. Izmenenie plotnosti verhnei atmosfery na vysote 730 km (dannye sputnika "Eksplorer-9" , SShA, 1961 g.). Na risunke privedeny takzhe: temperatura termopauzy; indeks geomagnitnyh variacii, harakterizuyushii intensivnost' polyarnyh siyanii i geomagnitnyh vozmushenii; intensivnost' radioizlucheniya Solnca, priblizitel'no proporcional'naya intensivnosti solnechnogo UF-izlucheniya, razogrevayushego verhnyuyu atmosferu. Vidno, chto variacii plotnosti atmosfery obuslovleny kak medlennymi izmeneniyami solnechnogo izlucheniya, tak i kratkovremennymi effektami razogreva vo vremya polyarnyh siyanii.

Znachit. razogrev V. a. Zemli, osobenno v termopauze, nablyudaetsya vo vremya polyarnyh siyanii i magn. bur' (ris. 3). V polyarnyh shirotah temp-ra termopauzy mozhet vozrastat' v eto vremya do 2000-3000 K. Eto povyshenie temp-ry (i plotnosti) V. a. rasprostranyaetsya zatem, postepenno oslablyayas', po vsemu zemnomu sharu v techenie nesk. chasov, tak chto razogrev i rost plotnosti chuvstvuetsya dazhe v ekvatorial'nyh shirotah.

Him. sostav atmosfery slabo izmenyaetsya s vysotoi h vplot' do 110- 120 km. V etoi oblasti vysot turbulentnoe (konvektivnoe) peremeshivanie obespechivaet postoyanstvo molekulyarnoi massy m 29. Vyshe 110-120 km (turbopauzy) neitral'nye atomy i molekuly raspredelyayutsya nezavisimo v sootvetstvii s barometricheskoi formuloi n = n₀e^-h/H, gde n - chislo chastic v ed. ob'ema na vysote h, H - harakternoe dlya kazhdogo komponenta znachenie vysoty odnorodnoi atmosfery. V rezul'tate koncentraciya tyazhelyh atomov ubyvaet bystree, chem legkih, i V. a. stanovitsya snachala preimushestvenno atomarno kislorodnoi, a v samoi verhnei chasti - vodorodnoi (m = 1). Vyshe 1000-2000 km vodorod - osn. komponent V. a.

Samuyu verhnyuyu obolochku neitral'noi atmosfery naz. ekzosferoi (koncentraciya chastic n < 10⁷ sm^-3). Soudareniya chastic v ekzosfere stol' redki, chto na protyazhenii dliny svobodnogo probega neitral'naya chastica dvizhetsya podobno kosmich. rakete ili sputniku: napravlenie ee dvizheniya i skorost' zametno izmenyayutsya pod deistviem lish' sily tyagoteniya Zemli. Protyazhennuyu ekzosferu Zemli, rasprostranyayushuyusya vplot' do vysot poryadka 100 tys. km, chasto naz. geokoronoi, ona sostoit iz atomov vodoroda, "isparyayushihsya" iz V. a.

3. Ionosfera

	Ris. 4. Raspredelenie v ionosfere naibolee rasprostranennyh ionov. Dlya sravneniya privedena krivaya koncentracii elektronov Ne, k-raya ravna summarnoi koncentracii polozhitel'nyh ionov.
	Ris. 5. Shematicheskoe izobrazhenie struktury dnevnoi i nochnoi ionosfery (raspredelenie koncentracii elektronov Ne,) s oblastyami D, E, F1, i F (dannye usredneny). Ukazany takzhe preobladayushie iony

V V. a. Zemli pod deistviem solnechnogo korotkovolnovogo izlucheniya proishodit ionizaciya gazov. Ionizovannyi sloi V. a. naz. ionosferoi. Ona sostoit iz polozhitel'nyh ionov (v osnovnom O⁺, O₂⁺, NO⁺, N⁺, N₂⁺, Ne⁺ i N⁺) i elektronov, "otorvannyh" pri ionizacii ot atomov (ris. 4). V nizhnei ionosfere, gde ionizaciya mala, a plotnost' neitral'nyh chastic velika, sushestvuyut takzhe otricatel'nye iony, obrazuyushiesya v rezul'tate "prilipaniya" lishnego elektrona k neitral'noi chastice.

Ionosferu prinyato delit' na oblasti D, E i F (ris. 5). Oblast' D (h 60-90 km) harakterizuetsya slaboi ionizaciei i sootvetstvenno nebol'shoi koncentraciei zaryazhennyh chastic. Gazy V. a. v oblasti D ionizuyutsya rentg. izlucheniem Solnca, krome togo, nek-ruyu rol' igrayut dopolnitel'nye slabye istochniki ionizacii: meteory, sgorayushie na vysotah 60- 100 km, kosmicheskie luchi, a vo vremya magn. bur' - energichnye chasticy magnitosfernogo proishozhdeniya. Noch'yu ionizaciya v sloe D rezko umen'shaetsya, no ne ischezaet polnost'yu. Oblast' E (h 90-120 km) harakterizuetsya rostom koncentracii elektronov s vysotoi v dnevnoe vremya, svyazannym s poglosheniem solnechnogo korotkovolnovogo izlucheniya. V dnevnoe vremya na vysotah h 110 km nablyudaetsya maksimum koncentracii elektronov (n_e~10⁵ sm^-3), k-ryi okazyvaet znachit. vliyanie na rasprostranenie srednih i dazhe korotkih radiovoln, otrazhayushihsya ot etoi oblasti ionosfery. Skorost' rekombinacii ionov zdes' dovol'no velika, i dazhe vo vremya solnechnogo zatmeniya koncentraciya ionov v oblasti E uspevaet rezko upast'. Noch'yu koncentraciya elektronov v oblasti E umen'shaetsya do 10³ sm^-3. Eto svyazano s tem, chto processy rekombinacii ne uspevayut ohvatit' vse dolgozhnvushie iony (O⁺, "meteornye" iony Sa⁺, Fe⁺, Si⁺ i dr.). Krome togo, nek-roe kolichestvo ionov postupaet v oblast' E sverhu iz oblasti F, gde rekombinaciya idet medlennee i koncentraciya ionov otnositel'no velika. Nakonec, opredelennuyu rol' v ionosfere srednih shirot igrayut nochnye istochniki ionizacii - pogloshenie rasseyannogo geokoronoi izlucheniya Solnca v linii L_a, meteornaya ionizaciya, kosmich. luchi, a pri bol'shih magn. buryah - i energichnye neitral'nye atomy, obrazuyushiesya pri processah perezaryadki zaryazhennyh chastic poyasa kol'cevogo toka v magnitosfere s atomami geokorony. Etot poslednii process vo vremya magn. buri stanovitsya osobenno vazhen dlya sushestvovaniya nochnoi oblasti E na nizkih shirotah.

Oblast'yu F naz. teper' vsyu ionosferu primerno vyshe 130-140 km. Maksimum ionoobrazovaniya pod deistviem solnechnogo korotkovolnovogo izlucheniya lezhit na vysotah 150-200 km. Odnako iony do momenta rekombinacii na bol'shih vysotah zhivut sravnitel'no dolgo, a processy diffuzii privodyat k tomu, chto elektrony i iony rasprostranyayutsya vverh i vniz ot oblasti maksimuma ionoobrazovaniya. V rezul'tate maks. koncentraciya elektronov i ionov v oblasti F nablyudaetsya vyshe - na vysotah 250-400 km. V dnevnoe vremya, odnako, moshnaya ionizaciya solnechnym UF-izlucheniem na etih vysotah chasto vyzyvaet poyavlenie dopolnitel'noi "stupen'ki" v raspredelenii elektronnoi koncentracii s vysotoi, ee naz. oblast'yu F₁ (150- 200 km). Ona okazyvaet zametnoe vliyanie na rasprostranenie korotkih radiovoln. Vyshelezhashuyu chast' oblasti F chasto naz. oblast'yu F₂. Na bol'shih vysotah vozrastaet rol' processov diffuzii, chto privodit k preobladaniyu bolee legkih ionov: O⁺ vplot' do vysot 400-1000 km, a eshe vyshe - ionov vodoroda (protonov) i v men'shih kolichestvah - ionov Ne. Diffuzionnyi obmen ionami mezhdu verhnei chast'yu oblasti F i vyshelezhashei plazmosferoi okazyvaetsya isklyuchitel'no vazhnym stabilizatorom harakteristik oblasti F.

Na raspredelenie koncentracii elektronov i ionov i ih temp-ru okazyvayut zametnoe vliyanie izmeneniya intensivnosti solnechnogo korotkovolnovogo izlucheniya v techenie solnechnogo cikla i svyazannye s etim izmeneniya temp-ry i raspredeleniya neitral'nyh komponentov V. a. Dvizheniya mass vozduha v V. a. (krupnomasshtabnaya cirkulyaciya, krupnomasshtabnye volnovye dvizheniya, turbulentnye processy peremeshivaniya neitral'nyh molekul i atomov, vetry, a takzhe prilivnye dvizheniya) okazyvayut takzhe znachit. vliyanie na perenos i pereraspredelenie zaryazhennogo komponenta V. a. (elektronov, ionov). S dinamich. processami v atmosfere poetomu svyazany mnogie harakternye variacii elektronnoi plotnosti v ionosfere, v osobennosti vo vremya magn. bur'. V rezul'tate na nizkih i srednih shirotah koncentraciya ionov v maksimume oblasti F izmenyaetsya v predelah ot 3^.10⁵ do 2^.10⁶sm^-3 v zavisimosti ot razlichnyh geofizich. uslovii (shiroty, mestnogo vremeni, solnechnoi i magn. aktivnosti i dr.).

Na vysokih shirotah kartina mozhet byt' sovershenno inoi. Vo vremya polyarnyh siyanii intensivnye potoki elektronov i ionov s energiei poryadka nesk. keV, vtorgayushiesya v polyarnuyu ionosferu iz plazmennogo sloya magnitosfery, vyzyvayut znachitel'nuyu, no neravnomernuyu ionizaciyu polyarnoi verhnei atmosfery.

Dr. vazhnyi faktor, opredelyayushii strukturu oblasti F polyarnoi ionosfery,- eto perenos ionov na bol'shie rasstoyaniya poperek magn. polya (pochti gorizontal'no) v rezul'tate dreifa plazmy v krupnomasshtabnom elektrich. pole magnitosfernogo proishozhdeniya (t. n. konvekciya plazmy). Skorost' i napravlenie konvekcii nad polyarnoi shapkoi v obychnyh usloviyah takovy, chto vremya perenosa ionosfernoi plazmy s dnevnoi storony ovala polyarnyh siyanii (ot polyarnogo kaspa) do nochnoi chasti ovala sostavlyaet ok. 1 ch. (Kasp predstavlyaet soboi voronkoobraznuyu strukturu v geomagn. pole, v k-roi vdol' silovyh linii vozmozhno neposredstvennoe proniknovenie plazmy solnechnogo vetra vplot' do V. a.) Za stol' korotkoe vremya (~1ch) plazma v oblasti F ne uspevaet rekombinirovat', i poetomu ot dnevnoi storony ovala polyarnyh siyanii nad neosveshennoi zimnei polyarnoi shapkoi tyanetsya yazyk povyshennoi koncentracii ionov i elektronov, chto pozvolyaet podderzhivat' radiosvyaz' v polyarnyh raionah dazhe v techenie dlinnoi polyarnoi nochi.

4. Plazma verhnei ionosfery i magnitosfery

Ubyvanie s vysotoi koncentracii elektronov vyshe maksimuma oblasti F snachala proishodit dovol'no bystro, no zatem, po mere togo kak vse bol'shuyu dolyu zanimayut legkie iony - protony i v nebol'shom chisle iony geliya, izmeneniya s vysotoi stanovyatsya ves'ma medlennymi. V srednem na nizkih i sr. shirotah na vysote 1000 km koncentraciya elektronov blizka k 10⁴sm^-3, a na vysotah v 1 R₃ - k 10³ sm^-3, zatem ona ubyvaet s vysotoi kak (R/R₃)^-3 ili (R/R₃)^-4, gde R₃ -rasstoyanie ot centra Zemli.

Strogo ustanovit', gde konchaetsya vnesh. ionosfera i nachinaetsya magnitosfera, nevozmozhno. Granicu magnitosfery otnosyat k vysote v nesk. tysyach km. Odnako na protyazhenii pervyh odnoi-dvuh tys. km obnaruzhivaetsya ryad yavlenii, otnosyashihsya, skoree, k ionosfernym, no ispytyvayushih zametnoe vliyanie magnitosfery. Tak, nablyudaetsya perekachka elektronov i ionov iz magnitosfery v ionosferu i obratno, a takzhe iz odnogo polushariya v drugoe vdol' magn. silovyh linii.

Sutochnoe vrashenie Zemli vmeste s geomagn. polem uvlekaet za soboi i plazmu magnitosfery vplot' do vysot 15-30 tys. km v ekvatorial'noi ploskosti. Odnako na eshe bol'shih vysotah plazma kak by "otryvaetsya" i uzhe ne uchastvuet v etom vrashenii, dvigayas' v obshem ot hvosta magnitosfery k dnevnoi magnitopauze. Eto dvizhenie (konvekciya plazmy poperek geomagn. polya) obuslovleno tem, chto v magnitosfere, obtekaemoi solnechnoi plazmoi, voznikaet krupnomasshtabnoe elektrich. pole. T. o., hotya magn. silovye linii v znachit. chasti etoi oblasti vse eshe ostayutsya zamknutymi, perpendikulyarnye k nim linii potoka plazmy razomknuty, i poetomu plazma sposobna ottekat' otsyuda k lobovoi poverhnosti magnitosfery (magnitopauze). V rezul'tate koncentraciya chastic podnyavsheisya iz ionosfery teplovoi plazmy v etoi oblasti magnitosfery padaet v desyatki raz po sravneniyu s vnutr. zonoi, vrashayusheisya vmeste s Zemlei i ee atmosferoi. Vo vnutr. zone krupnomasshtabnoe elektrich. pole otsutstvuet i teplovaya plazma mozhet nakaplivat'sya tam v techenie mnogih sutok. Oblast' rezkogo spada koncentracii plazmy v magnitosfere naz. plazmopauzoi. T. o., plazmopauza ogranichivaet vnutr. oblast' magnitosfery, zapolnennuyu sravnitel'no plotnoi plazmoi ( 100 chastic v 1 sm³) iz ionov N⁺ s dolei Ne⁺ i maloi primes'yu dr. ionov (Ne⁺⁺, O⁺, N⁺, O⁺⁺). Ottok teplovoi plazmy iz magnitosfery (v pervuyu ochered' - legkih ionov) opustoshaet i ionosferu v osnovaniyah silovyh trubok magn. polya, vyzyvaya usilennoe "isparenie" iz ionosfery legkih ionov (N⁺, Ne⁺). Etot voshodyashii potok legkih ionov iz polyarnoi ionosfery sozdaet t. i. polyarnyi veter. V luchevyh formah polyarnyh siyanii v magnitosferu sposobny podnimat'sya i bolee tyazhelye iony (O⁺, O⁺₂, N⁺2, NO⁺), k-rye mogut zatem popadat' v shleif magnitosfery. V bolee spokoinyh geofizich. usloviyah, kogda etot shleif obrazuetsya iz plazmy solnechnogo vetra, on dolzhen sostoyat' iz protonov (N⁺) i a-chastic (Ne⁺⁺). T. o., po sostavu ionov v magnitosfere mozhno opredelit' ih istochnik. Eksperimenty podtverdili poyavlenie "ionosfernyh" ionov O⁺ v hvoste vplot' do ochen' bol'shih rasstoyanii (do radiusa orbity Luny). Sledovatel'no, plazma ionosfery i plazma magnitosfery obmenivayutsya chasticami i, po sushestvu, nerazdelimy mezhdu soboi.

5. Polyarnye siyaniya

Ris. 6. Polyarnoe siyanie

Udivitel'nye po krasote i masshtabam kartiny polyarnyh siyanii v techenie tysyacheletii byli edinstvennym nablyudaemym proyavleniem burnyh plazmennyh processov v okolozemnom kosmich. prostranstve (ris. 6). Svechenie obychno voznikaet v pripolyarnyh shirotah kak v Arktike, tak i v Antarktike. Chashe vsego planetarnaya kartina razvitiya polyarnogo siyaniya mozhet byt' razdelena na otdel'nye serii intensivnyh "vspyshek", nachinayushihsya vblizi polunochi i dlyashihsya ot neskol'kih do desyatkov minut s obshei prodolzhitel'nost'yu serii ot poluchasa do 1 - 2 ch (t. n. subburi). Oni proishodyat na geomagn. shirotah 67 - 70^o, nazyvaemyh zonami polyarnyh siyanii. Sushestvuet takzhe nepreryvnoe svechenie nebol'shoi intensivnosti, v k-roe vdol' polyarnoi granicy vkrapleny tyanushiesya na tysyachi km dugi polyarnyh siyanii, obychno 2-3 ryadom (ris. 7). Oni voznikayut vdol' oval'nyh zon, raspolozhennyh vokrug geomagn. polyusov (na dnevnoi storone granica oval'noi zony otstoit ot polyusov na 10-16^o, a na nochnoi storone, gde intensivnost' svecheniya velika, oval prakticheski sovpadaet s zonoi polyarnyh siyanii na rasstoyanii ~ 23^o ot polyusa). Oval'nye zony siyanii raspolozheny vdol' granicy mezhdu oblast'yu sravnitel'no ustoichivoi "zamknutoi" magnitosfery, v k-roi vozmozhen zahvat energichnyh chastic v magn. lovushke, i pripolyarnymi puchkami silovyh linii, uhodyashih v hvostovuyu oblast' (sm. Magnitosfery planet). Energichnye chasticy poyavlyayutsya v bol'shom chisle lish' v moment burnyh processov ih uskoreniya v hvoste magnitosfery, poroi na rasstoyaniyah, bol'shih radiusa orbity Luny.

Ris. 7. Shematicheskaya planetarnaya kartina subburi polyarnogo siyaniya: vverhu - spokoinaya faza do subburi, vnizu - vskore posle vspyshki polyarnogo siyaniya.

Pryamye eksperimenty s raket i sputnikov pokazali, chto v yarkih formah polyarnyh siyanii energichnye elektrony, vozbuzhdayushie svechenie, gde-to na bol'shih vysotah byli uskoreny v napravlenii k Zemle. Na vysotah  1-3 R_Z nad oblastyami polyarnyh siyanii byli obnaruzheny slozhnye plazmennye processy, vyzyvayushie uskorenie chastic plazmy vdol' silovyh linii magn. polya kak by v gigantskoi estestvennoi elektronnoi pushke s raznost'yu potencialov ~1 - 10 kV. Istochnikom energii dlya etih moshnyh processov uskoreniya yavl. oblasti s bystrymi dvizheniyami i turbulentnost'yu magnitosfernoi plazmy, generiruyushie prodol'nyi elektrich. tok. Etot tok zamykaetsya cherez provodyashuyu ionosferu v ovale polyarnyh siyanii. Kogda prodol'nyi tok stanovitsya slishkom sil'nym, v plazme voznikayut processy uskoreniya zaryazhennyh chastic vdol' magn. silovyh linii. Iony iz ionosfery pri etom uskoryayutsya vverh. Uskorenie zaryazhennyh chastic proishodit pod deistviem elektrich. polya, napravlennogo vdol' magn. polya, i pritom tak, chto plazmennyi sloi na vysotah v nesk. R_Z nahoditsya pod otricat. potencialom po otnosheniyu k ionosfere kak v Severnom, tak i v Yuzhnom polusharii (dugi polyarnyh siyanii pochti simmetrichny na oboih koncah magn. silovoi linii). Interesno, chto puchki ionov, vybrasyvaemye s etih vysot v magnitosferu, obrazovany iz ionov, imeyushihsya v verhnei ionosfere, t. e. ne tol'ko iz protonov, no i iz ionov O⁺ i Ne⁺. Chast' etih energichnyh ionov, popav na magnitosfernye vysoty, okazyvaetsya pri etom zahvachennoi v poyas kol'cevogo toka, tak chto polyarnaya ionosfera naryadu s solnechnym vetrom yavl. istochnikom ne tol'ko teplovoi plazmy v magnitosfere, no dazhe i chasti energichnyh chastic, zahvachennyh v magnitnuyu lovushku (poyas radiacii). Uskorennye k Zemle energichnye elektrony perenosyat iz magnitosfery v ionosferu otricat. zaryad, chto sootvetstvuet prodol'nomu elektrich. toku, napravlennomu vverh, s plotnost'yu ~nesk. mkA/m². Umnozhiv znachenie plotnosti toka na shirinu dugi polyarnogo siyaniya (~10 k.m) i na ee. dlinu (~1000 km), poluchaem ogromnyi tok (nesk. desyatkov tysyach amper). Ryadom s dugoi techet primerno takoi zhe prodol'nyi tok, no obratnogo napravleniya (t. e. vniz), chto sootvetstvuet ottoku teplovyh ionosfernyh elektronov vverh, v plazmennyi sloi magnitosfery. Iz-za moshnoi ionizacii V. a. puchkom elektronov v duge polyarnogo siyaniya elektrich. provodimost' rezko vozrastaet i magnntosfernoe elektrich. pole nad dugoi dazhe "podsazhivaetsya" na stol' bol'shoi nagruzke. Plazma i etih oblastyah ionosfery izluchaet raznoobraznye volny kak v nizkochastotnom, tak i v vysokochastotnom diapazone, vplot' do desyatkov MGc. Okazyvaetsya, chto ot voznikayushih pri takih volnovyh processah cugov szhatii i razryazhenii v koncentracii elektronov ionosfernoi plazmy na vysotah 90 -120 km sposobny otrazhat'sya radiovolny metrovogo diapazona. Poetomu, napravlyaya priemnye antenny na sever, k oblasti polyarnyh siyanii, v polyarnyh shirotah chasto udastsya nablyudat' televizionnye peredachi iz ochen' udalennyh gorodov. Odnako otrazheniya ul'trakorotkih radiovoln ot polyarnoi ionosfery sozdayut znachitel'nye pomehi dlya sredstv radiolokacii i radionavigacii.

Lit.:
Akasofu S. - I., Chepmen S., Solnechno-zemnaya fizika, per. s angl., ch. 1 - 2, M., 1974-75;
Gal'perin Yu. I., Polyarnye siyaniya v magnitosfere, M., 1975; Kosmicheskaya geofizika, per. s angl., M., 1976;
Izakov M. N., Struktura i dinamika verhnih atmosfer Venery i Marsa, "UFN", 1976, t. 119, v. 2;
Chemberlen Dzh., Teoriya planetnyh atmosfer, per. s angl., M., 1981.

(Yu.I. Gal'perin)