Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Омхольт, А. Полярные сияния

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
7.5 Mб
Скачать

Космические

исследования

Астрономия

Геофизика

А.Омхолып

ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ

A. Omholt

Universitet i Oslo, Fysisk Institutt, Blindem

OSLO, NORWAY

THE OPTICAL AURORA

SPRINGER-VERLAG

1971

А . Омхолы

ПОЛЯРНЫЕ сияния

Перевод с английского В. С. ГОРЯЧЕВОЙ и Л. А. ЮДОВИЧ

іакцией ФЕЛЬДШТЕЙНА и Н. Н. ШЕФОВА

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»

Москва 1974

Книга видного норвежского геофизика А. Омхольта посвящена успехам в изучении оптических полярных сияний — свечения верхних слоев земной атмосферы.

Автор последовательно рассматривает электронные и протон­ ные сияния, их спектры от инфракрасной до ультрафиолетовой области и их возможную интерпретацию, связь сияний с другими явлениями. .

Книга представляет большой интерес для читателей, интере­ сующихся физикой верхних слоев атмосферы и космического про­ странства. Она может служить учебником для студентов соответ­ ствующих специальностей.

j

Редакция космических исследований, астрономии и геофизики

Перевод с английского, «Мир», 1974

20807-110

О ------------------

041(01)-74

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ ПЕРЕВОДА

Полярные сияния являются наглядным свидетельством вторжения в атмосферу потоков' заряженных частиц и од­ ним из очевидных доказательств существования солнечно­ земных связей. Их всесторонние исследования опреде­ ляются в настоящее время настоятельными потребностями

практики.

:

Оптические эмиссии атмосферы, их спектральные ха­

рактеристики позволяют определять как

параметры

космических частиц, так и параметры самой атмосферы. Эти важные данные можно получить, обрабатывая спек­ тры полярных сияний и измеряя их абсолютные интенсив­ ности. Однако получение высококачественных спектров с малым временным разрешением, что важно именно при исследовании полярных сияний вследствие их изменчи­ вости, стало возможным только в последние годы. Кроме того, сама интерпретация спектров является довольно трудной задачей, поскольку и сейчас не полностью ясен механизм их возбуждения. Поэтому систематизация дости­ жений в этой области необходима для развития дальней­ ших исследований.

В предлагаемой монографии видного норвежского ученого А. Омхольта обобщены результаты исследо­ ваний оптических полярных сияний, выполненных в ос­ новном классическими — фотометрическими и спектраль­ ными — методами в течение последних десяти лет. Эти результаты существенно дополняют и расширяют наши знания о возбуждении и излучении различных составляю­ щих атмосферы под действием корпускулярного излучения. Таким образом, книга является естественным продолжением

6

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ ПЕРЕВОДА

фундаментальной монографии Дж. Чемберлена «Физика полярных сияний и излучения атмосферы», выпущенной

врусском переводе в 1963 г.

Втечение последних 20 лет профессор Омхольт активно работал в области физики полярных сияний в университе­ те Осло и в геофизической обсерватории Тромсё. Ему при­ надлежат важные результаты в интерпретации спектров сияний в высоких широтах. Естественно, что изложение этих проблем в книге отражает научные интересы автора

монографии.

Содержащееся в монографии подробное описание взаи­ модействия электронов и протонов с атмосферой, спектров свечения и их интерпретация, а также постановка проблем, требующих своего решения, делает предлагаемую книгу полезной и необходимой для специалистов, занимающихся проблемами солнечно-земных связей, физики верхней ат­ мосферы не только Земли, но и планет. В то же время прос­ тота и физичность изложения позволяют рекомендовать эту книгу студентам, специализирующимся в области фи­ зики атмосферы и солнечно-земных связей.

Я- И. Фельдштейн Н. Я. Шефов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель этой книги — описание, и анализ полярного сия­ ния как оптического явления, которое может наблюдаться как невооруженным глазом, так и более чувствительными оптическими приборами. Книга продолжает традиционный метод изучения впечатляющего явления природы — по­ лярного сияния, которое наблюдалось и обсуждалось гре­ ческими философами еще в VI в. до нашей эры.

В настоящее время изучение оптического полярного сияния — лишь один из многих способов получения ин­ формации о грандиозном явлении: выбросе плазмы из Солн­ ца, взаимодействии этой плазмы с геомагнитным полем и инжекции быстрых частиц в атмосферу Земли. Таким образом, повышенное внимание, уделяемое сияниям, оп­ равдано особым научным подходом: обнаружением и интер­ претацией электромагнитного излучения в диапазоне при­ мерно 1000—10 000 Â, возникающего при взаимодействии авроральных.частиц с земной атмосферой.

Другие методы, такие, как радионаблюдения, наблю­ дения рентгеновского излучения, прямые измерения пото­ ков частиц с ракет и спутников, изучение магнитных бурь, измерения характеристик магнитных полей и плазмы в маг­ нитосфере, важны так же и даже более, чем классический метод изучения оптических полярных сияний. Тем не ме­ нее целесообразно посвятить оптическому свечению отдель­ ную книгу, вероятно, главным образом потому, что в на­ стоящее время один ученый не в состоянии дать обзор всей проблемы с достаточной полнотой. Эта книга поэтому яв­ ляется одним из томов в серии книг, дающих законченное описание физики и химии космического пространства.

8

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение оптических полярных сияний имеет два су­ щественно различных аспекта. Во-первых, рассмотрение оп­ тического излучения, как одного из конечных результатов грандиозного явления, охватывающего пространство меж­ ду Землей и Солнцем. В этой связи земную атмосферу мож­ но рассматривать как сцинтилляционный экран, и цель исследования сияний состоит в сборе данных о потоках частиц, проникающих в атмосферу, и фундаментальных процессах, обусловленных вторгающимися частицами. Вовторых, по данным об оптическом излучении можно выя­ вить, каково воздействие первичного потока заряженных частиц на ионосферу и, следовательно, изучать возмущения в ионосфере, вызванные этими частицами. Такие исследо­ вания необходимы в связи с проблемой распространения радиоволн и другими явлениями в радиодиапазоие.

Оба аспекта освещены в данной монографии, хотя невоз­ можно и нецелесообразно рассматривать их отдельно в разных главах или делить монографию на две отдельные части.

Большинство явлений, рассмотренных в этой книге, с исчерпывающей полнотой описаны в замечательной моно­ графии Чемберлена [12]*. Однако с 1960 г., когда была написанакнига Чемберлена, появилось много важных публикаций и наши знания о полярных сияниях существен­ но углубились. В этой монографии мы заострим внимание на достижениях последних лет и не будем повторять то, что было известно к 1960 г. Поэтому для более подробного знакомства читатель отсылается к монографии Чемберлена.

Мы не будем давать исторического обзора. Краткие резюме истории исследований полярных сияний опубли­ кованы Чепменом [13, 14]*; Более обширная информация содержится в упомянутой выше монографии Чемберлена.

.................... А. Омхолып

* См. библиографию к гл. 1.

СПИСОК ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

В монографии используются' стандартные спектроско­ пические обозначения. Некоторые символы иногда исполь­ зуются для обозначения других величин, как принято в литературе. Их смысл ясен из контекста.

а — коэффициент рекомбинации, Атп — вероятность перехода,

В, В — напряженность магнитного поля (вектор, скаляр),

езаряд электрона,

Е— энергия отдельной частицы,

Е, Е •— напряженность электрического поля (вектор, скаляр),

Ф— геомагнитная широта,

Н— шкала высот,

На, Hß — линии серии Бальмера, Іг — высота,

I — поверхностная яркость, второй адиабатический (интегральный) инвариант,

4tJ — яркость полярного сияния, L — параметр Мак-Илвейна,

A l — инвариантная геомагнитная широта, X — длина волны,

т — масса частицы, р. — магнитный момент,

V— частота, частота столкновений,

S— телесный угол,

ш— угловая частота, гирочастота,

— волновая функция,

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ