Небесные сполохи и земные заботы

Подножия магнитных силовых линий, проходящих по магнитосфере, находятся в ионосфере. Легко представить себе, что будет, если в магнитосферной плазме появится такой достаточно сильный продольный ток: в ионосферу посыпятся энергичные частицы. Разрушая нейтральные частицы ионосферы, они создадут в ней добавочные свободные заряды, и сопротивление ионосферному поперечному току упадет. Ситуация становится похожей на короткое замыкание. Из житейского опыта хорошо известно, что при этом происходит: резко увеличивается ток в подводящих проводах. В данном случае это продольные токи из ионосферы в магнитосферу и наоборот. Но с увеличением продольных токов создаются условия для усиленного высыпания в ионосферу энергичных частиц. Процесс таким образом развивается, и режим все больше напоминает короткое замыкание.

По–видимому, такой механизм участвует в создании спокойных дуг полярных сияний: и тех, что тянутся на тысячи километров, и тех, что покороче. Дело здесь не в их длине, а в том, что поперек дуги физические величины распределены знакомым нам образом: пара продольных токов, один течет из магнитосферы в ионосферу, другой — в обратном направлении (рис. 7); над дугой со спутников наблюдаются энергичные частицы — те, что вызывают свечение; в ионосфере увеличено количество свободных заряженных частиц в области свечения, то есть там, где энергичные частицы разбивают нейтральные. Вся эта система очень узкая и правильная, как сама дуга.

Рис. 7. Дуга полярного сияния в поперечном сечении (внизу) и токи над ней

Но ясно, что такой процесс должен идти не только в области спокойных дуг полярных сияний. Мы говорим о дугах просто потому, что они лучше изучены: спокойные легче наблюдать и осмысливать. Для описанного здесь процесса важен дополнительный обстрел ионосферы энергичными частицами. Такие частицы появляются в магнитосфере во время возмущенных состояний космоса, о которых пойдет речь в следующей главе. Заметим еще, что есть идея вызвать подобный процесс путем искусственного (с помощью ракет) введения заряженных частиц в ионосферу — другими словами, уменьшая ее сопротивление поперечному току.

7. Говорит и показывает космос

Что зыблет ясный ночью луч?

Ломоносов М. В.

Космос говорит о себе изменениями магнитного поля на поверхности Земли. За ними нетрудно следить, они легко измеряются, и наблюдения можно вести в автоматическом режиме.

При прочих равных условиях на магнитограф, конечно, сильнее всего действует ток, текущий на близком расстоянии. Самая близкая область космоса — ионосфера над нами. Однако ток над местом наблюдений — это только часть всей токовой цепи. Ток этот может замыкаться где угодно в заполненном плазмой космосе. Поэтому без специального исследования нельзя сказать, о каком именно космическом процессе информирует нас магнитометр.

К тому же его показания многое отражают. Например, ветры на ионосферных высотах: при смещениях проводника — ионосферной плазмы — поперек магнитного поля в проводнике возникает электродвижущая сила, а значит, появляются ионосферные и магнитосферные токи, магнитные поля которых воспринимаются земными приборами–магнитографами. По ассоциации с обычной динамо–машиной говорят, что такие магнитные возмущения вызваны действием «ионосферного динамо». Еще замечено, что включение крупных промышленных электрических сетей приводит к появлению ионосферных токов, которые отмечаются магнитометрами на Земле.

И все–таки по показаниям даже одного магнитометра можно сразу сказать, спокойно в космосе или нет. Если тихо, самописец вычерчивает плавную кривую, случилось одиночное возмущение — на кривой появляется либо отдельный выступ, либо характерные колебания, а если наступил период сплошных возмущений, самописец чертит зигзаг за зигзагом (см. рис. 8). Пока мы умеем распознавать в этих записях лишь самые «броские» события.

Рис. 8. Наступление магнитной бури, как оно выглядит на магнитограмме. По горизонтальной оси отложено время, по вертикальной — величины трех составляющих вектора магнитного поля

В своей чудесной сказке «Цветик–семицветик» В. Катаев написал о девочке, по волшебству и своему капризу попавшей на Северный полюс. Стоит она на льдине, а из воды лезут белые медведи. Семь штук, и все разные. Первый — нервный, второй — злой, третий — в берете, четвертый — потертый, пятый — помятый, шестой — рябой, седьмой — самый большой. Примерно так, не по единой системе, а просто по отдельным характерным признакам различают космофизики магнитные возмущения.