научная статья по теме ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ. ИТОГИ МГГ (ОБЗОР) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ. ИТОГИ МГГ (ОБЗОР)»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2010, том 50, № 4, с. 435-458

УДК 550.388.8

Посвящается памяти Генриха Владимировича Старкова и многих других исследователей полярных сияний

в период МГГ

ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ.

ИТОГИ МГГ (ОБЗОР) © 2010 г. Я. И. Фельдштейн1, В. Г. Воробьев2, В. Л. Зверев2

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, Троицк (Московская обл.)

2Полярный геофизический институт КНЦРАН, Апатиты (Мурманская обл.) e-mail: vorobjev@pgia.ru, zverev@pgia.ru Поступила в редакцию 07.12.2009 г.

В период Международного Геофизического Года (МГГ) наземными геофизическими наблюдениями была впервые охвачена практически вся планета. Их анализ привел к установлению двух фундаментальных результатов: существованию овала полярных сияний (аврорального овала) и аврораль-ной (магнитосферной) суббури. На заключительной стадии МГГ начались спутниковые исследования околоземного пространства. Авроральное свечение оказалось связанным с плазменной структурой магнитосферы, что открыло новые возможности для диагностики параметров земной магнитосферы по данным наземных наблюдений полярных сияний. Концепции аврорального овала и магнитосферной суббури стали парадигмами новой науки — солнечно-земной физики.

1. ВВЕДЕНИЕ

Пятидесятилетие Международного Геофизического Года (МГГ, 1957—1958 гг.) привлекло пристальное внимание исследователей и историков науки, ибо в период МГГ на основе международной кооперации впервые были осуществлены глобальные геофизические исследования нашей планеты. Они позволили получить впечатляющие научные результаты, признанные научной общественностью и наложившие отпечаток на научные исследования последующих десятилетий. До проведения МГГ исследования полярных сияний являлись важной частью фундаментальных аэро-номических исследований. Они были сосредоточены, главным образом, на изучении пространственно-временных вариаций аврорального свечения как природного явления, для определения газового состава верхней атмосферы и происходящих в ней процессов и как индикатора вторжения заряженных частиц из космического пространства. Результаты наземных наблюдений за сияниями и их эмиссиями позволяли судить о динамике и первоисточнике свечения, оценить многие характеристики первичных агентов. Программа научных исследований на период МГГ предусматривала проведение наблюдений по всем этим направлениям, с использованием новейших достижений геофизической науки и применением более совершенной аппаратуры.

Для изучения пространственно-временных характеристик сияний в СССР под руководством А.И. Лебединского были разработаны отече-

ственные варианты камеры всего неба С-180 и ее спектральный вариант С-180-8 [ЬеЪеё^ку, 1961]. Эта аппаратура широко использовалась в период МГГ на десятках советских станций в Арктике и Антарктике. Программой МГГ предусматривалось также проведение спектрофотометрических наблюдений полярных сияний и свечения ночного неба на ряде станций. Организатором таких исследований и разработчиком специальной спектральной аппаратуры являлся выдающийся советский ученый В.И. Красовский.

Значительно расширилась сеть станций, наблюдения сияний впервые приобретали планетарный характер. Они включали визуальные и фотографические наблюдения, фотометрические и спектрографические исследования, определение местоположения сияний при помощи радаров, исследование ионизации во время полярных сияний при помощи вертикального ионосферного зондирования, а также ракетные исследования агентов, вызывающих ионизацию и возбуждение газов в верхней атмосфере. В авроральной области, для изучения развития полярных сияний на всем пространстве их появления, регистрацию предполагалось проводить сетью камер всего неба С-180 с перекрывающимися полями зрения. Визуальные наблюдения по согласованным методикам проводились, как основные, на средних широтах. Руководителями сети визуальных наблюдений в северном полушарии были К. Гарт-лейн (США), П. Миллманн (Канада), Дж. Пэй-тон (Европа), Н.В. Пушков и С.И. Исаев (СССР).

Определяющее влияние на содержание программы МГГ по полярным сияниям и последующий анализ полученных данных оказали два научных титана — С. Чепмен и Х. Альвен. С.Чепмен, как президент Специального Комитета по проведению МГГ (СК МГГ), воплотил в программе свои представления о характере и структуре оптимальной сети наблюдений за полярными сияниями. Им была подчеркнута необходимость планетарного подхода к изучению этого геофизического явления и построения карт изоаврор, характеризующих частоту появления полярных сияний в зените пункта наблюдения, а не изохазм, оценивающих частоту появления сияний на небосводе [Chapman, 1957].

Значительное отличие от существовавшего в геофизике представления о расположении максимальной изохазмы вдоль широты Ф' ~ 67° следовало из новой теории магнитных бурь и полярных сияний [AlfVen, 1950]. Согласно этой теории, широта кривой, вдоль которой полярные сияния наиболее часто появляются в зените, должна изменяться с местным временем (LT): ее полярное расстояние минимально в 06 LT и максимально в 18 LT. Суточные вариации в расположении полярных сияний действительно были выявлены по наблюдениям в Гренландии и на арх. Шпицберген в период Международного Полярного Года (1882— 1883 гг.): в течение суток изменяется относительное число сияний, наблюдавшихся к северу от зенита (параметр п). Однако параметр п является только качественным индикатором существования суточных вариаций полярного расстояния авроральной кривой. Поэтому Альвен [AlfVen, 1950] констатировал, что очень ценны и количественные наблюдения суточных вариаций полярного расстояния. Теория Альвена позволяла вычислить ожидаемые изменения азимутов дуг в течение суток с характерной особенностью — скачком в значениях азимутов с 75° до 105° в 06 LT Определенная степень соответствия имелась между наблюдаемыми значениями азимутов протяженных форм и их теоретическими значениями. Однако для проверки теории были необходимы дальнейшие наблюдения за ориентацией протяженных форм сияний.

Данный обзор содержит изложение важнейших результатов, полученных при анализе наблюдений периода МГГ по разделам визуальных и фотографических наблюдений полярных сияний и краткое рассмотрение связи различных типов ав-рорального свечения с плазменными доменами в магнитосфере Земли. Итогам спектроскопических исследований в период МГГ с изложением полученных научных результатов посвящены обзоры [Красовский, 1967] и [Евлашин и Шефов, 2007].

2. ПЕРЕД НАЧАЛОМ МГГ И ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Возможность проведения и целесообразность ежечасных визуальных наблюдений за полярными сияниями на сети метеорологических станций была апробирована в СССР перед началом МГГ. С октября 1954 г. по март 1955 г. такие наблюдения проводились на 50 станциях, расположенных на 67°—83° N, X = 50°—110° E [Фельдштейн, 1958]. Полученные результаты продемонстрировали эффективность такого рода наблюдений при исследовании пространственного распределения полярных сияний, а накопленный опыт был использован при организации наблюдений по единой методике на обширной сети на территории СССР и сопредельных стран в период МГГ. В связи с проведением МГГ на Кольском полуострове в Мурманском отделении ИЗМИРАН (впоследствии ПГИ КНЦ РАН) под руководством С. И. Исаева были развернуты комплексные исследования полярных сияний по широкой программе. С.И. Исаев участвовал в пересмотре классификации форм сияний, которая была рекомендована МАГА на период МГГ и использована в Атласе [IAA, 1963]. В период МГГ в исследованиях полярных сияний активно участвовала группа астрономов из Киевского государственного университета, возглавляемая С. К. Всехсвятским и Е.А. Пономаревым, а в Якутске ученые ИКФИА под руководством Ю.Г. Шафера.

Для получения однородных данных к началу МГГ была составлена и получила широкое распространение инструкция по визуальным наблюдениям полярных сияний [Пушков, 1957]. На 5-ой Ассамблее СК МГГ в Москве (август 1958 г.) была установлена процедура сбора, хранения и распространения материалов наблюдений через Мировые Центры Данных (WDC). Универсальные МЦД были учреждены в Москве, СССР (WDC В) и в Боулдере, США (WDC А), а по отдельным дисциплинам и в ряде других стран. Принятый порядок обмена данными сделал их доступными для изучения всеми заинтересованными исследователями и был закреплен в дальнейшем в мировой практике вплоть до появления Интернета. На 5-ой Ассамблее СК МГГ было принято решение о составлении визоплотов. Для описания полярного сияния на визоплотах использованы три координаты: время (UT), геомагнитная широта и долгота. Условными символами обозначалось расположение сияния в зените, к югу или к северу от соответствующей широты. Визоплоты определялись в восьми долготных поясах, границами для которых служили геомагнитные меридианы через 45°. Полная сводка визоплотов была опубликована в [Auroral visoplots, 1964].

Сторонником планетарного подхода к изучению магнитных бурь и полярных сияний был

Н.В. Пушков. Его опыт исследователя подсказывал, что планетарное распределение полярных сияний контролируется главным (глобальным) геомагнитным полем, а не региональным (аномальным) магнитным полем вблизи поверхности Земли. Поэтому он оценил критически сообщенные на 5-ой Ассамблее СК МГГ первые результаты обработки данных визуальных наблюдений [Gartlein and Sprague, 1960; Gartlein et al., 1960], согласно которым максимальная изохазма располагается не вдоль геомагнитной параллели 67°, а вдоль изоклины 77°. Предположение о связи между изохазмами и региональным магнитным полем в дальнейшем не подтвердилось. Анализ пространственного распределения полярных сияний в зените как по данным 1954—1955 гг. [Старков и Фельдштейн, 1960], так и МГГ [Фельдштейн, 1960] показал, что максимальная изоаврора располагается ближе к геомагнитной параллели, чем к изоклине. Контроль планетарного распределения полярных сияний главным геомагнитным полем не исключает существования локальных эффектов над ограниченными районами земной поверхности. Самсонов и Зарецкий [1963] нашли, что дуги сияний концентрируются

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»