На высотах в тысячи километров основными элементами экзосферы (внешней атмосферы) становятся водород и гелий. Ионосфера все время находится в бурном движении, перерастающем в настоящие ураганы, правда, чаще всего незаметные с земли. Однажды в середине прошлого века ученые даже наблюдали загадочные облакообразные полярные сияния, мчавшиеся со скоростью свыше 3000 км/ч.
Поскольку на границе экзосферы плотность газов ничтожна мала, молекулы и атомы могут беспрепятственно разгоняться до второй космической скорости, при которой любое тело преодолевает земное притяжение и уходит в космос. То же самое происходит с газовыми частицами водорода и гелия. Но несмотря на утечку легких газов из земной атмосферы, ее состав не меняется, так как происходит непрерывный процесс восполнения за счет газов земной коры и испарения океанов. К тому же часть тех же атомов и молекул поступает из межпланетной среды при обтекании земной экзосферы.
Этим объясняются многие удивительные эффекты, и в частности сильное влияние состояния ионосферы на наземную радиосвязь. Вот почему изучение свойств и процессов верхних слоев атмосферы стало одной из важных задач современной науки. И недаром в последние годы оформилась и быстро развивается новая область научного знания, занимающаяся этой проблематикой, – аэрономия. Несомненно, у нее очень большое будущее.
Но так ли уж легко могут преодолеть космические электромагнитные колебания толщу ионосферы? В приповерхностном слое – тропосфере – воздух представляет собой смесь нейтральных молекул различных газов (в основном азота, кислорода и углекислого газа). Следовательно, если нас окружает сухой воздух, то его можно считать хорошим изолятором.
Иначе обстоит дело в глубинах ионосферы. Там воздушная среда вполне способна проводить электрический ток, поскольку вместо нейтральных молекул и атомов она содержит электроны и ионы. Вспомним, что ионы – это положительно или отрицательно заряженные частицы, возникающие под воздействием каких-либо внешних факторов из первичных нейтральных атомов и молекул. Наличие ионов и дало соответствующее название – ионосфера – этой части воздушного океана Земли.
Излучение американской HAARP на Аляске превышает мощность естественного излучения Солнца в диапазоне 10 мегагерц на пять-шесть порядков. То есть в 100 000 – 1 млн раз. Сегодня американские излучатели HAARP – прежде всего проблема для земной цивилизации. США не шутя угрожают всему человечеству.
Ученые давно выяснили, что молекулы воздуха на всем протяжении стратосферы находятся в постоянном сложном движении. Потоком этого непрекращающегося движения захвачены и ионы с электронами. Они непрерывно участвуют в противоположных процессах ионизации и нейтрализации (рекомбинации), идущих с различной скоростью на разных высотах.
Именно так возникают замечательные по своей красоте полярные сияния (лат. auroras borealis), давшие свое название этому удивительному природному феномену.
Поверхность Земли – не самое лучшее место для наблюдения за полярными сияниями: во-первых, почти всегда это надо делать ночью, когда не мешает солнце, а во-вторых, могут помешать облака.
Этих трудностей можно избежать, если следить за полярными сияниями из космоса, где к тому же нет искажающего влияния нижних плотных слоев атмосферы. Наблюдения с пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций дали богатый материал о пространственном расположении сияний, их изменении во времени и о многих особенностях этого явления. Более того, космические аппараты позволили выполнять измерения внутри полярного сияния. При этом одинаково удобно исследовать сияния как в Северном, так и в Южном полушарии. Таким способом можно наблюдать сияния и на дневной стороне Земли.
Интересно, что энергичные протоны, вторгаясь в верхнюю атмосферу и вызывая протонные сияния, часть своего пути движутся как нейтральные атомы водорода. В этом случае они свободны от действия магнитного поля Земли и, имея большие (протонные) скорости, могут проникать в области, недоступные заряженным частицам. Вследствие этого области, где наблюдаются протонные полярные сияния, отличаются большой протяженностью. Вспышки северного сияния обычно наблюдаются через день-два после вспышек на Солнце. Это служит непосредственным доказательством взаимосвязи между упомянутыми явлениями.