Полярные сияния возникают при вторжении в верхние слои атмосферы заряженных частиц высокой энергии из земной магнитосферы. Сталкиваясь с различными атомами земной атмосферы, они возбуждают их, вызывая свечение. В основном полярные сияния происходят на высотах 100-115 км, но иногда они наблюдаются как гораздо ниже, до 70 км, так и выше — на высоте до 300 км. Были зарегистрированы полярные сияния даже на высоте 1000 км. Заметим для сравнения, что серебристые облака наблюдаются на высоте около 80 км, а метеоры образуются на высотах 50-150 км.
Количество полярных сияний тесно связано с циклом солнечной активности, точнее, с солнечными пятнами и достигает максимума спустя год-два после максимума солнечной активности. Нередко яркие полярные сияния возникают во время мощных вспышек на Солнце. Повторение некоторых полярных сияний через 26-28 дней (период обращения Солнца вокруг своей оси) указывает на их связь с долгоживущими наиболее активными областями на поверхности Солнца.
Полярные сияния принимают самые разнообразные формы; их более детальную классификацию можно провести на основе их структуры и характера активности. Довольно часто наблюдению доступна лишь верхняя часть сияния, возникающая над горизонтом в направлении на полюс, а это затрудняет распознавание самого полярного сияния. Так, разрозненные «клочки» полярных сияний можно ошибочно принять за отдельные облака, а пелену и вершины «арок» сияния — спутать с туманом. Однако в отличие от облаков и тумана полярные сияния не закрывают звезд.
Рис. 65. Арка полярного сияния с резко очерченной нижней границей и размытой верхней.
При наблюдениях попытайтесь измерить протяженность полярного сияния и проследить за характером изменения его границ со временем. Это сравнительно легко сделать, оценивая размеры на глаз ли(ю используя простейшие приборы, описанные во многих книгах и руководствах. Определение высоты (и азимута) оснований арок и полос полярного сияния имеет важнейшее значение, ибо сравнивая результаты аналогичных измерений, проведенных в других местах, можно определить, на каком расстоянии и высоте возникло полярное сияние.
Разнообразна цветовая гамма полярных сияний, хотя ее восприятие во многом зависит от зрения наблюдателя. Так, наиболее часто наблюдается бледно-зеленый и красный цвет, однако каким-то наблюдателям то же самое полярное сияние может показаться бесцветным. Цвет сияния зависит от высоты, особенно у полярных сияний с вытянутой лучевой структурой. По этой причине особенно интересны цветные фотографии, полученные на высокочувствительной пленке, поскольку они дают богатую информацию о распределении цвета и яркости в различных участках полярного сияния.
Фотографирование полярных сияний
Фотографирование полярных сияний — чрезвычайно интересное занятие. Для этих целей наиболее подходит неподвижно закрепленная фотокамера. Следует иметь в виду, что для серьезных параллактических измерений, т.е. измерений, связанных с определением направления и высоты полярных сияний над землей, фотокамеру следует монтировать на установке, допускающей наводку по высоте и азимуту. Чтобы различные наблюдатели могли получить фотографию одной и той же области полярного сияния, наведение фотокамер у них должно быть согласовано. По этой же причине проводите фотографирование через каждые 15 мин в течение каждого часа, т.е. экспозиции должны начинаться только в 0, 15, 30 и 45 мин после наступления очередного часа (по всемирному времени). Такая последовательность фотографирования облегчает прямое сравнение снимков одной и той же области, полученных разными наблюдателями.
Наиболее подходят для этих целей стандартные и широкоугольные объективы с большой апертурой, которая позволяет проводить фотографирование с короткими экспозициями. При светосиле объектива близкой к D/f= 1/1,8 и использовании пленки с чувствительностью 400 ASA (как цветной, так и черно-белой) можно рекомендовать начать с экспозиций 15-30 с. Если полярное сияние очень активное и в нем заметны быстро движущиеся крупномасштабные детали, то для получения контрастных снимков, возможно, потребуются и более короткие экспозиции. При фотографировании старайтесь, чтобы в каждый снимок попала часть горизонта — это поможет в дальнейшем точно определить высоту расположения различных деталей полярного сияния. Как и при фотографировании других астрономических явлений, всегда записывайте условия, при которых получен снимок, детали используемой установки, время и длительность экспозиции.
Серебристые облака
Серебристые облака — это атмосферные явления, которые возникают на высоте около 80 км над поверхностью Земли и в основном наблюдаются в средних широтах, 45-60°, на протяжении нескольких недель до и после летнего солнцестояния. В этот период сумерки на указанных широтах продолжаются почти всю ночь, и Солнце, находясь под горизонтом, все же освещает облака. По этой причине серебристые облака не наблюдаются ближе к экватору. Они имеют тонкую структуру в виде волн, гребешков, полос или вихрей с серебристыми и голубоватыми оттенками, а у горизонта иногда окрашиваются в золотистый цвет. Картина серебристых облаков довольно изменчива: струи, гребешки и другие структуры все время перемещаются относительно друг друга в самых разных и даже противоположных направлениях. На первый взгляд может показаться, что серебристые облака имеют много общего с обычными перистыми облаками, но их нетрудно отличить, если помнить, что серебристые облака образуются в атмосфере на высоте, в 10 раз большей, чем обычные, что они появляются ближе к полуночи и вытянуты в направлении к полюсу. Как и полярные сияния, серебристые облака настолько прозрачны, что не ослабляют свет ярких звезд.
Рис. 66. Наиболее характерная картина серебристых облаков, запечатленная в полночь (Шотландия).
Природа серебристых облаков пока еще не вполне ясна. По-видимому, они состоят из мельчайших частиц, покрытых льдом и потому отражающих солнечный свет. Откуда берутся эти частицы на таких высотах, тоже не ясно. Не исключено, что это частицы метеорной пыли, ионы или даже вулканическая пыль, попавшая на столь значительные высоты при сильных вулканических извержениях. Движение серебристых облаков связывают с ветрами, господствующими в верхней атмосфере, но высота расположения облаков и некоторые другие их особенности, возможно, определяются восходящими потоками воздуха, формирующимися над горами. Интересно отметить, что серебристые облака появляются в периоды, не благоприятные для наблюдения полярных сияний. Но их наблюдение можно проводить теми же методами и с помощью тех же инструментов, что и наблюдение полярных сияний: как визуально (когда их можно классифицировать по форме), так и фотографически. Наблюдения следует проводить через определенные промежутки времени, скажем, через 15 мин, отмечая изменения в структуре облаков и характере их движения. Нетрудно произвести угловые измерения расположения отдельных деталей облаков.
Фотографирование серебристых облаков
Фотографирование серебристых облаков производится примерно так же, как и полярных сияний: в идеале необходимо направить неподвижную фотокамеру в ту же область неба, что и у других наблюдателей, проведя серию экспозиций через определенные фиксированные интервалы времени. Так как серебристые облака ярче полярных сияний, для их фотографирования можно использовать менее чувствительную (и более контрастную) мелкозернистую пленку или камеру с меньшей апертурой. Возможно, время экспозиции придется уменьшить; это обусловлено не только быстрым перемещением облаков, но и тем, что яркий фон сумеречного неба может засветить пленку. Особенно эффектны цветные снимки; некоторые типы фотопленки, например Кодакхром, способны передать всю гамму естественного цвета облаков. При относительном отверстии объектива D /f = 1/2 и пленке с чувствительностью 100 ASA можно начать с экспозиции продолжительностью 5, 3 и 1 с. Как и при фотографировании полярных сияний, старайтесь приступать к фотографированию в начале каждого часа, делая снимки через 15 мин.
Рис. 67. Только в летние месяцы серебристые облака могут освещаться Солнцем; наблюдатель в это время находится в тени Земли.
Метеоры
Кратковременные вспышки, возникающие в земной атмосфере при вторжении в нее быстродвижущихся мельчайших твердых частиц, получили название метеоров (иногда метеоры неправильно называют «падающими звездами»). Сравнительно крупные частицы могут вызвать очень яркую вспышку. Вспышки, блеск которых превышает звездную величину — 5m (это больше максимального блеска Венеры), называют болидами. В межпланетном пространстве вокруг Солнца движется множество частиц различных размеров — так называемых метеорных тел. Попадая в атмосферу Земли, метеорные тела вследствие трения могут полностью сгореть или разрушиться. Однако наиболее крупные из них сгорают не до конца, и их остатки могут упасть на поверхность Земли; их называют метеоритами. Падение метеорита сопровождается ярким огненным следом.
