Небесные сполохи и земные заботы - Лилия Алексеева

*(Это Dst–магнитная вариация. Она характеризует величии) возмущений при буре и может достигать 1000 нТ.)

Во время таких космических бурь «рваные» возмущения магнитного поля, из–за которых дергаются магнитные стрелки приборов, могут достигать такой силы, что в земной коре, в металлических предметах, в проводных системах связи благодаря магнитной индукции наводятся довольно сильные, тоже беспорядочные электрические токи. Они способны вызвать помехи и даже аварии в телефонно–телеграфной связи. Так, вот время сильной магнитной бури 11 февраля 1958 года в Швеции выходили из строя электрические линии и линии связи, была прервана сигнализация на железных дорогах, на кабелях загорался изоляционный материал, горели предохранители и даже трансформаторы.

При сильных магнитных бурях сияния могут наблюдаться далеко от аврорального овала как в сторону полюса, так и в сторону низких широт. Во–первых, выпуклости сияний, характерные для суббурь, все время заходят из аврорального овала в полярную шапку и создают неровное свечение с ее ночной стороны. Во–вторых, иногда высыпаются частицы из внутренних районов магнитосферы, магнитные силовые линии из которых приходят на поверхность Земли в низких широтах. Тогда полярные сияния бывают в Крыму и даже в Северной Африке.

Ионосфера Земли во время магнитных бурь, когда идут высыпания частиц из магнитосферы, естественно, не может находиться в нормальном состоянии, и радиосвязь ухудшается. Например, во время уже упоминавшейся бури 11 февраля 1958 года прервалась радиосвязь во многих районах Земли, 15 июля 1959 года из–за магнитной бури не было связи по радио между Европой и Северной Америкой.

Не удивительно, что магнитные бури привлекали к себе внимание и начали изучаться гораздо раньше суббурь. Долгое время вообще считалось, что суббури — всего лишь спутники бури, осложняющие ее течение на высоких широтах, Правда, норвежский ученый К. Биркеланд еще в начале века выделил суббурю как самое значимое магнитное явление (он сумел также предугадать и ряд других идей космофизики 60–70‑х годов: например, важность электрических токов, направленных вдоль силовых линий магнитного поля Земли). К сожалению, его прозорливость не могла заметно продвинуть вперед науку о суббурях, поскольку одними наземными средствами наблюдений изучать суббури было невозможно, так переменчиво и капризно их поведение, да и вести наблюдения за суббурями нужно на высоких широтах, тогда еще мало освоенных.

Когда же начались наблюдения непосредственно в космосе, стало ясно, что суббуря — самый важный из быстротекущих процессов в околоземном пространстве. И еще: магнитных бурь, как мы видели, без суббурь не бывает, суббури же могут происходить и сами по себе, вне магнитных бурь. Как отметил американский космофизик С. Акасофу, «подобно циклонам в атмосфере, суббури, эти скоротечные явления в магнитосфере, больше влияют на ее состояние, чем спокойные процессы, на фоне которых они развиваются». Например, есть некоторые свидетельства, что суббуря, совершившись, сама приводит к растяжению аврорального овала.

Так и попало красивейшее явление природы — цветное мятущееся полярное сияние — в самый центр делового внимания космо — и геофизиков. Однако до сих пор, несмотря на интенсивное изучение, непосредственные причины суббури остаются неизвестными. Что же касается вероятности увидеть суббурю, то, как уже отмечалось, она становится значительно выше, когда солнечный ветер некоторое время приносит межпланетное магнитное поле с большой южной составляющей. Магнитные же бури, как правило, сопровождают вход нашей планеты в поток солнечной плазмы более быстрый, чем обычный солнечный ветер. Такие потоки на фоне нормального солнечного ветра появляются при солнечных вспышках или вытекают из особых, длительно существующих областей на Солнце — мы еще будем говорить об этом. И важно еще: насколько сильна южная составляющая магнитного поля в этих скоростных потоках.

Вот и все основные сюжеты, которые можно увидеть, а точнее, увидеть и истолковать на современном уровне науки, глядя на естественный телевизионный экран — полярное небо. Остается отметить, что таких экранов — два, в полярных районах Северного и Южного полушарий. Самые интересные передачи — бури, суббури, показ правильных узких дуг — видны сразу на обоих экранах и выглядят одинаково у ионосферных подножий одной и той же магнитной силовой линии в обоих полушариях. Однако для более редких и размытых сияний полярной шапки эта синхронность может нарушаться. Как мы видели, у этого есть глубокие причины: силовые линии, пересекающие поверхность Земли в ее полярных шапках, тянутся далеко в хвост и, возможно, даже, как указывал Данжи, вообще уходят куда–то в солнечный ветер. Впрочем, все суждения о далеком хвосте пока основаны на косвенных данных, напомним, что космические корабли обстановку в нем еще не выяснили.

Понятно поэтому, насколько важно для выявления фундаментальных свойств магнитосферы и самих полярных сияний вести одновременные наблюдения у южного и северного ионосферных подножий одной и той же магнитной силовой линии. Такие наблюдения были и с поверхности Земли, и с самолетов, летящих в одно и то же время вдоль южного и северного авроральных овалов. К сожалению, на нашей планете очень мало таких мест, где можно было бы в условиях наблюдательной станции, находясь на суше, в сопряженных точках, у обоих таких подножий, следить за полярными сияниями. Вспомним, как выглядит расположение материков на глобусе. Северный Ледовитый океан похож на озеро, окруженное сушей, а Антарктида, наоборот, на остров в океане. Можно пересчитать все немногие пары точек, где оба подножия магнитной силовой линии попадают на сушу.

Одна из таких уникальных пар — поселок Согра в Архангельской области и остров Кергелен, затерявшийся в Индийском океане. В этих пунктах был проведен советско–французский эксперимент «Араке». На геофизической ракете, выпущенной с Кергелена, подняли в космос небольшой исследовательский ускоритель частиц. Частицы, которыми он выстрелил, пришли, навиваясь на магнитные силовые линии (см. рис. 2) в Северное полушарие и высыпались в атмосферу над Согрой.

Наблюдения за таким контролируемым потоком частиц помогают нам точнее представить себе условия в околоземном пространстве. Довольно часто высыпания введенных в магнитосферу заряженных частиц называют искусственным полярным сиянием. Это верно и неверно.

Конечно, свечение неба под воздействием энергичных частиц, выпущенных в космическое пространство, возникает, и даже порой очень сильное. Был, например, такой случай. В августе 1958 года в обстановке самой строгой секретности, какую только могут обеспечить военные, американцы проводили очередное испытание атомной бомбы. Взрыв произошел на высоте 70 километров над островом Джонстон — маленьким коралловым атоллом в Тихом океане. Но засветилось небо в районе архипелага Самоа — в трех с половиной тысячах километров от острова Джонстон, уже в Южном полушарии. Энергичные частицы, выброшенные в околоземное пространство, стали вести себя как «местные жители» — частицы радиационных поясов, пошли качания вдоль магнитных силовых линий, частицы начали теряться в атмосфере, вызывая ее свечение, уцелевшие пустились в обход вокруг Земли: протоны, как всегда, на запад, электроны — на восток, и т. д. Создалось искусственное переполнение радиационных поясов, которое может существовать очень долго. Атомные взрывы в космосе приводят к переполнению радиационных поясов энергичными частицами на годы. Это подтвердили спутниковые измерения после операций «Аргус» (три взрыва в Южной Атлантике на высоте 480 километров) и «Старфиш» (в Тихом океане). В настоящее время проведение таких атомных взрывов запрещено Московским договором.

Но называть полярным сиянием свечение от высыпания частиц из переполненных поясов я лично не могу. Так светиться может обычный телевизионный экран в комнате, если облучать его потоком посторонних энергичных частиц, например из того же исследовательского ускорителя. Но как это отличается от телепередачи, в которой интересно не свечение экрана, а то, о чем рассказывает это свечение. Полярные сияния, как мы видели, — это телепередачи из космоса на определенные сюжеты. Они обеспечиваются всеми блоками естественного телевизора (магнитосферы нашей планеты), «принимающего» солнечный ветер. Интересно также, как устроен этот телевизор; например, как и почему высыпается обычная магнитосферная плазма в ионосферу, как при сильных возмущениях возникают частицы с повышенной энергией, пополняющие собой радиационные пояса, и многое другое?

А что заряженные частицы, захваченные магнитным полем, качаются вдоль его силовых линий — это известно.

8. Несколько фунтов вещества