Тайны будущего. Прогнозы на XXI век

Где же все-таки чаще всего видны полярные сияния? Всегда считалось, что чем дальше на север, тем сияний больше. Но когда стали наблюдать за сияниями специально из многих мест, то оказалось, что это не совсем так. Непосредственно вокруг полюса сияния наблюдаются значительно реже, чем на широте Норильска и Мурманска.

Наблюдения за сияниями с поверхности Земли, а также с помощью искусственных спутников Земли показали, что сияния чаще всего видны в кольце, которое удалено от полюса примерно на полторы тысячи километров. Это огненное кольцо несколько сдвинуто, его центр смещен от полюса в сторону полночи. Значит, оно ближе к полюсу днем и дальше от него ночью. День и ночь «ходит» за Солнцем. Так же поворачивается и огненное кольцо, в котором видны полярные сияния.

Одно такое кольцо (а точнее, овал) имеется над Арктикой. Другое — над Антарктикой. Расположены они симметрично относительно экватора Земли, Но очень любопытно, что и полюса и экватор надо брать не обычные, географические, которые нанесены на глобусе. В данном случае надо брать магнитные полюса и магнитный экватор.

Ионосфера Земли

Заряженные частицы, которые достигают земной атмосферы, создают в ней ионы. Они заряжены положительно: от атома или молекулы отрывается по одному орбитальному электрону. Тут же находятся и оторванные электроны.

Но ионизацию атмосферного газа производят не только заряженные частицы, но и волновое излучение Солнца. Способность волнового излучения проводить ионизацию зависит от энергии квантов этого излучения или, другими словами, от его частоты. Излучение с разными частотами ионизуют атомы и молекулы разных химических элементов, которые входят в состав атмосферы.

Созданные солнечным волновым излучением ионы и электроны определенное время остаются неизменными. Время их существования ученые называют временем их жизни. Но через какое-то время при столкновениях они вновь объединяются в нейтральные атомы и молекулы. Время их жизни отсчитывается от момента их образования в акте ионизации до момента их объединения в атомы и молекулы. Этот процесс специалисты назвали рекомбинацией. Чем чаще сталкиваются частицы, тем вероятнее, что они исчезнут в процессах рекомбинации, а точнее превратятся в нейтральные атомы и молекулы. Это значит, что чем ниже в атмосфере, тем меньше времени живут ионы и свободные электроны.

Сфера ионов и электронов (ионосфера) образуется не во всей атмосфере, а только на определенных высотах. Падая сверху на атмосферу, солнечное излучение (как волновое, так и корпускулярное), постепенно углубляясь в атмосферу, теряет свою энергию. При этом теряется и его способность проводить ионизацию. Поэтому ниже 100 км ионизация, создаваемая волновым излучением Солнца, в сотни раз меньше, чем на высотах 300–350 км. Ниже 50 км эта ионизация пренебрежимо мала. Таким образом, можно считать, что ионосфера простирается от высоты 50 км и заканчивается на высоте 1000 км. Это цифры приблизительные. Солнечное излучение, которое создает ионосферу, меняется со временем суток, с сезоном, с широтой данного места. Поэтому и ионосфера зависит также от этих факторов. Поскольку в каждой точке земного шара солнечное излучение практически непрерывно меняется, то и ионосфера вокруг всей Земли меняется также непрерывно. Естественно, дирижером всех этих изменений является Солнце.

В средних и низких широтах, куда солнечные заряженные частицы не вторгаются, ионосфера создается только волновым излучением. В высоких широтах, в овалах полярных сияний ионосфера создается и заряженными частицами. Здесь в продолжение длинной полярной ночи атмосфера месяцами не освещается солнечным светом. Поэтому в полярную ночь основным агентом, который создает здесь ионосферу, являются заряженные частицы. Потоки этих частиц одновременно и создают ионосферу и полярные сияния. Поэтому в овалах полярных сияний имеется наибольшее количество ионов и свободных электронов.

Атмосферный газ находится в непрерывном движении. Чем выше, тем скорости этого движения, то есть скорости ветров, больше. У поверхности Земли скорость ветра, равная десяткам метров в секунду, считается очень большой. На высоте 100 км и выше такая скорость считается просто мизерной. Там скорости ветров измеряются сотнями метров в секунду.

Атомы и молекулы атмосферного газа непрерывно сталкиваются с ионами. Поэтому если находятся в движении одни, то со временем приходят в движение и другие. Так что ионосфера, как и атмосфера, находится в непрерывном движении. За время своей жизни образованные ионы и электроны успевают уйти достаточно далеко от места своего образования.

Токи в ионосфере

Обычный воздух не проводит электрический ток. Это и хорошо. Если бы воздух проводил электрический ток, то пользоваться электричеством в технике и быту было бы намного сложнее. Например, любую розетку, в которую попадает воздух, закорачивало бы.