научная статья по теме РЕЗУЛЬТАТЫ РОССИЙСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В АНТАРКТИДЕ (ОБЗОР) Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕЗУЛЬТАТЫ РОССИЙСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В АНТАРКТИДЕ (ОБЗОР)»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 6, с. 723-736

УДК 550.388.8

Памяти Генриха Владимировича Старкова, отдавшего более 50 лет исследованиям полярных

сияний, посвящается.

РЕЗУЛЬТАТЫ РОССИЙСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЯРНЫХ

СИЯНИЙ В АНТАРКТИДЕ

(обзор)

© 2007 г. В. Л. Зверев, В. Г. Воробьёв

Полярный геофизический институт, КНЦ РАН, Апатиты (Мурманская обл.)

e-mail: zverev@pgi.kolasc.net.ru Поступила в редакцию 28.05.2007 г.

Исследования полярных сияний в южном полушарии на российских антарктических обсерваториях начались в 1957 г. в период 2-ой Комплексной антарктической экспедиции и практически непрерывно проводились до 1993 г. на протяжении более 3-х десятков лет. В этих исследованиях приняло участие большое число как наблюдателей полярных сияний, так и ученых, анализировавших полученные результаты. Огромный вклад в исследования полярных сияний в Антарктиде внесли сотрудники Арктического и Антарктического научно-исследовательского института Росгидромета (ААНИИ), Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ им. С.Н. Вернова (НИ-ИЯФ МГУ), Полярного геофизического института РАН (ПГИ), Санкт-Петербургского государственного университета (С.-ПбГУ), Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ), Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера Сибирского отделения РАН (ИКФИА СО РАН) и другие. В настоящей работе представлен обзор основных результатов исследований полярных сияний в Антарктиде, которые были получены российскими учеными.

PACS: 94.30.Aa; 94.30.cx

1. ВВЕДЕНИЕ

В 2006 г. в нашей стране был проведен ряд мероприятий, связанных с 50-летней годовщиной российских исследований в Антарктиде. Так, в Санкт-Петербурге была проведена юбилейная конференция "Россия в Антарктике", организованная Росгидрометом и ААНИИ, а в ИФЗ РАН прошла конференция под названием "50 лет начала геофизических исследований в Антарктиде". На этих конференциях были отражены как пятидесятилетняя история, так и современное состояние российских исследований в Антарктике. Были представлены доклады по всем основным видам деятельности, включая научные исследования, охрану окружающей среды, проблемы биоресурсов, вопросы безопасности человека, геополитические аспекты, а также планы исследований в южной полярой области в период подготовки и проведения Международного полярного года (2007-2008 гг.) и Международного гелиофизиче-ского года (2007 г.).

Начиная с 1-ой КАЭ (Комплексная Антарктическая Экспедиция), в Антарктиде ведутся регулярные геофизические исследования вариаций маг-

нитного поля, ионосферы и космических лучей. Наблюдения полярных сияний начаты с 1957 г. в период 2-ой КАЭ. Таким образом, 2007 г. можно рассматривать как юбилейный год с момента начала наблюдений сияний в Антарктиде.

В период МГГ (1957-1958 гг.) наблюдения полярных сияний в Антарктиде проводились на станциях Мирный, Оазис, Пионерская и Восток, а в дальнейшем наблюдения были организованы также на станциях Лазарев (Новолазаревская) и Молодежная. Собрана огромная база данных визуальных и фотографических наблюдений сияний в отдельных обсерваториях. Анализом этих наблюдений занималось большое число ученых как в нашей стране, так и за рубежом. Результаты исследований российских ученых опубликованы в Информационных сборниках и Трудах Антарктических экспедиций, в специальных сборниках, посвященных исследованиям в период МГГ, а также в периодических изданиях [Никольский, 1960; Фельдштейн, 1960; Фельдштейн и Соломатина, 1961; Игнатов, 1961, 1962; Жигалов, 1962, 1967; Моисеев, 1962; Фельдштейн и Шевнина, 1962; Фельдштейн, 1963; Хорошева, 1963; Yevlashin,

ЗВЕРЕВ, ВОРОБЬЕВ 160° 180° 210° 160° 180° 210°

240°120°

270° 90

300° 60°

270°

300°

Рис. 1. Изоауроры полярных сияний в южном полушарии на период МГГ: а - ночные часы, б - дневные часы [Фельд-штейн, 1963].

1968 и др.]. В период с 1969 г. по 1993 г. проведение наблюдений полярных сияний в Антарктиде курировал Полярный геофизический институт (ПгИ КНЦ РАН). Все материалы наблюдений полярных сияний, выполненные с помощью фотографической камеры всего неба С-180, хранятся в субцентре МЦД Б2-ПС в ПГИ (г. Апатиты). Периоды наблюдений полярных сияний на всех российских антарктических станциях опубликованы в сборниках "Аскаплоты советских станций, 19711986 гг." Результаты исследований комплекса электромагнитных явлений в Антарктиде (включая полярные сияния) за 20 лет после МГГ были обобщены в работе [Троицкая, 1978]. Результаты исследований ПГИ в Антарктиде были доложены на 4-й ассамблее IAGA в Эдинбурге, Великобритания [Raspopov et а1., 1981] и изложены в препринте [Зверев и др., 2007]. В настоящем обзоре основное внимание уделено результатам, полученным российскими учеными, использовавшими в своих исследованиях наблюдения полярных сияний в южном полушарии.

2. МГНОВЕННАЯ ЗОНА СИЯНИИ

Основными задачами при обработке материалов наблюдений полярных сияний, полученных в период МГГ на антарктических станциях, являлось исследование суточных закономерностей частоты появления сияний в зените станций, построение карт с изолиниями равной частоты их появления и нахождение зоны максимального появления сияний в южном полушарии. По фотографическим наблюдениям на 24 российских и зарубежных станциях южного полушария в работах [Фельд-штейн, 1960; Фельдштейн и Соломатина, 1961] исследованы пространственно-временные законо-

мерности географического распределения полярных сияний. Наблюдения, проведенные в период МГГ, позволили замкнуть зону полярных сияний по всему антарктическому континенту. Были построены карты с изолиниями равной частоты появления сияний в зените за весь период наблюдений с указанием положения зоны сияний в магнитно-возмущенные периоды.

В Антарктиде зона сияний по форме приближается к окружности с центром в полюсе однородного намагничивания и радиусом ~20°. На рис. 1 представлены изоауроры полярных сияний в южном полушарии за период МГГ в ночные и дневные часы местного времени [Фельдштейн, 1963], цифры указывают в процентах частоту появления сияний. В работе [Фельдштейн, 1960] исследованы изменения азимутов дуг в течение суток на отдельных антарктических станциях. На ст. Восток, расположенной в центральной части полярной шапки, обнаружено суточное вращение дуг сияний на 360°, в то время как на станциях вблизи авроральной зоны дуги ориентированы примерно в восточно-западном направлении с суточным изменением в пределах 20-70°. Изменение азимутов дуг в течение суток объясняется тем, что зона сияний имеет форму овала, причем вечерняя спираль имеет азимуты большие, чем утренняя. Анализируя метод построения зоны сияний, О.В. Хорошева предложила учитывать частоту появления сияний не только в темное время, но в течение всех суток [Хорошева, 1963]. Исходя из факта существования единого замкнутого кольца сияний и его постоянного сдвига на ночную сторону, две зоны сияний ("основную") и ("внутреннюю") следует рассматривать лишь как огибающие мгновенных положений этого кольца. "Основная зона" является низкоширотной границей,

*отн

400

300

200 100

АН, нТл /отн

400 400

300 300

200 200

100 100

18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 UT

^отн

300

200 100

АН, нТл 400

300

200

100

18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 UT

АН, нТл ф'

200 100

18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 ит

Рис. 2. Вариации интегрального свечения сияний в зените обс. Мирный в относительных единицах (1), изменения горизонтальной составляющей магнитного поля АН (2) в процессе развития авроральной суббури и изменение положения полюсной границы сияний (3): а - 25 мая, б - 14 июля, в - 11 августа 1969 г. [Зверев и Старков, 1972].

до которой может опускаться ночной участок кольца, а "внутренняя зона" есть высокоширотная граница, на которой проходит его дневной участок. Кольцо сдвинуто на ночную сторону, где оно проходит на широтах 60-65°. На дневной стороне кольцо находится на широтах 75-80°. В работе [Фельдштейн и Соломатина, 1961] отмечается, что при увеличении магнитной активности одновременно с удалением центра зоны сияний от полюса происходит ее расширение в сторону более высоких широт. Такое поведение сияний в дальнейшем будет определено как расширение сияний к полюсу в период фазы развития авроральной суббури.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ АВРОРАЛЬНОИ СУББУРИ

Авроральная суббуря представляет собой одно из наиболее характерных проявлений магнито-сферного возмущения, которое достаточно отчетливо отражается в динамике как отдельных форм сияний, так и всего овала в целом. Основные особенности динамики сияний в процессе развития авроральной суббури изложены в работах [Akasofu, 1964, 1968; Акасофу, 1971; Старков и Фельдштейн, 1967, 1971 и др.]. В работе [Зверев и Старков, 1972] по наблюдениям полярных сия-

ний на ст. Мирный (Ф' = -76.6°, Л' = 127.3°) рассмотрены особенности поведения дискретных форм сияний на приполюсной границе овала в ночные часы. Ст. Мирный контролирует появление сияний в высоких геомагнитных широтах, до которых волна свечения может распространиться в максимуме фазы развития суббури. В работе показано, что резкие смещения сияний к полюсу наблюдаются за 10-20 мин до максимума магнитного возмущения, причем даже при слабых магнитных суббурях сияния доходят до геомагнитной широты 76° (рис. 2). После этого броска перемещение сияний к полюсу резко замедляется и прекращается примерно через 10 мин после максимума магнитного возмущения. В фазе восстановления сияния могут оставаться в высоких широтах даже после окончания магнитной суббури. Яркость свечения меняется приблизительно так же, как и интенсивность магнитного возмущения. Наблюдается прямая зависимость между предельной широтой, до которой доходят сияния, и величиной магнитной активности. Изменения величины отношения интенсивностей эмиссий Д427.8)//(557.7), полученные на патрульном спектрографе С-180^, показали, что в максимуме авроральной суббури наиболее энергичные частицы наблюдаются на самом полюсном краю полосы свечения.

ДБ 1.0

w 0.8

Д

«

Ц 0.6

и

о

S 0.4 С

0.2

®

® ®

D

® f

'1

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