Все атмосферные слои
не изолированы друг от друга, а взаимодействуют
между собой посредством разнообразных
физико-химических процессов, образуя сложную
систему, подверженную воздействиям вспышек на
Солнце, извержений вулканов и землетрясений на
Земле, человеческой деятельности и т.п. Система в
результате этих воздействий изменяет своё
состояние: изменяются физические характеристики
среды. Эти изменения и называют возмущениями.
В настоящей статье речь будет идти о
возмущениях верхней атмосферы, связанных с солнечной
активностью, то есть вызванных активными
процессами на Солнце. Собственно, верхняя
атмосфера выделяется именно тем, что она
принимает на себя (через свою внешнюю часть -
магнитосферу) все солнечные "удары" -
выбросы плазмы из активных солнечных
областей, изменения межпланетного
магнитного поля, переносимого солнечным
ветром (потоком плазмы, истекающей из Солнца).
Возмущения верхней атмосферы,
связанные с солнечной активностью, проявляются,
например, как возмущения магнитного поля Земли (геомагнитные бури) и
сопровождающие их полярные сияния,
наблюдаемые наиболее часто в так называемых авроральных зонах, расположенных
вокруг геомагнитных полюсов на
широтах ~65-75 градусов.
Давно известна тесная связь между
полярными сияниями и магнитными бурями. Сияния - это свечения
молекул под воздействием бомбардирующих их
энергичных частиц, главным образом, электронов, высыпающихся
из магнитосферы и создающих дополнительную ионизацию в зонах сияний. При этом
повышается проводимость высокоширотной
ионосферы и усиливаются электрические токи,
текущие в зонах сияний и создающие, в свою
очередь, вариации геомагнитного поля.
Важную роль при этом играют вариации
крупномасштабного электрического поля,
генерируемого при взаимодействии солнечного
ветра и межпланетного магнитного поля с
магнитным полем Земли. Это электрическое поле
передаётся из магнитосферы в ионосферу вдоль силовых линий
геомагнитного поля, являющихся практически
идеальными проводниками электрического тока, и
наряду с вариациями проводимости способствует
усилению ионосферных токов и соответствующих
вариаций геомагнитного поля.
В результате столкновений заряженных
и нейтральных частиц энергия токов переходит в
энергию хаотического теплового движения
сталкивающихся частиц (Джоулево
тепло). Нейтральный газ нагревается
неравномерно: в наибольшей степени нагреваются
высокоширотные области, атмосферное давление в
которых возрастает относительно соседних
средне- и низкоширотных областей. Разность
давлений между нагретыми и холодными областями
приводит к возникновению возмущённых
термосферных ветров, дующих от высоких широт
к экватору. Помимо этого горизонтального
движения имеется всплывание тёплого воздуха над
высокими широтами и опускание его по мере
охлаждения в низких широтах.
Результирующая глобальная
термосферная циркуляция перераспределяет
плотность и газовый состав термосферы, обогащая
высокоширотные области тяжёлыми компонентами за
счёт поступления их с низких высот. Изменения
плотности и химического состава нейтральной
атмосферы влияет на ионный состав и электронную
концентрацию в ионосфере, изменения которой
называют ионосферными
возмущениями. Последние формируются также
за счёт дополнительной ионизации высыпающимися
энергичными частицами и за счёт переноса плазмы
под влиянием электрических полей и термосферных
ветров.
Образуется замкнутая цепь ионосферно-термосферно-магнитосферного
взаимодействия: геомагнитные возмущения
создаются токами, зависящими от состояния
ионосферы и электрического поля; состояние
ионосферы зависит от плотности и химического
состава нейтральной атмосферы;
последние зависят от диссипирующих в атмосфере
токов; электрическое поле также зависит от токов
и движений нейтрального газа, оно зависит также
от геомагнитного поля, которое, в свою очередь,
зависит от токов. Не все звенья этой цепи здесь
указаны, важно лишь подчеркнуть наличие тесной
взаимосвязи между поведением нейтральных и
заряженных частиц в термосфере, ионосфере и
магнитосфере.
далее>>
|
