Физика авроральных явлений / Акад. наук СССР, Кол. фил. им. С. М. Кирова, Поляр. геофиз. ин-т. – Ленинград : Наука, 1988. – 264 с.

Г л а в а 6. ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ 6 .1 . Спектры и структура полярных сияний 6 .1 .1 . Введение. Полярные сияния - это свечение верхних сло­ ев атмосферы высоких широт, вызванное вторжением заряженных частиц из солнечного ветра и магнитосферы Земли. Основную роль в возбуждении свечения играют авроральные электроны, другим ис­ точником являются протоны. 6 .1 .2 . Спектры. Свечение полярных сияний представляет собой излучение возбужденных нейтральных и ионизированных атомов и молекул верхней атмосферы. Характерной особенностью свечения является значительный удельный вес линий и полос, связанных с переходом с метастабильных уровней. Так как время жизни в ме- тастабильном состоянии может быть довольно значительным (для перехода Р^~ ^-D^, атомарного кислорода — эмиссии 63 0 и 636 .4 нм — оно составляет 110 с ), то такие переходы возможны только на достаточно больших высотах, где частота соударений ма­ ла. Поэтому отношение интенсивности этих линий к интенсивности излучения с разрешенных уровней является хорошим индикатором высоты эмиссионного слоя. Число линий и полос в свечении поляр­ ных сияний велико. Основными атомарными эмиссиями в видимой области спектра являются линии кислорода 557 .7 , 630, 636 .4 нм и линии азота 519.8, 520 .1 , 10 40 нм. Все эти эмиссии связаны с переходами с метастабильных уровней. Разрешенные атомарные эмиссии в спектре сияний слабы. Вклад молекулярных полос в свечение полярных сияний значи­ тельно превышает вклад атомарных линий. Основную роль играют полосы азота, соответствующие разрешенным переходам. В видимой области наибольшей интенсивностью обладает первая отрицательная система ионизированного азота lMGrN"^, у которой самыми сильны­ ми являются полосы 391 .4 нм (колебательный переход 0 -0 ), 42 7 .8 нм ( 0 - 1 ) и 470 .9 нм (0 —2 ). Эти эмиссии возбуждаются прямым электронным ударом с одновременной ионизацией молеку­ лы М^. Интенсивность свечения пропорциональна как общей энер- гии вторгающихся электронов, так и степени ионизации в области свечения. В сияниях наблюдается также свечение водорода и гелия. В спе­ ктре водорода основную роль играет излучение бальмеровской се­ рии (линии 656 .3 нм - и 486 .1 нм - Нр ). Эти эмиссии име­ ют расширенный асимметричный контур, сдвинутый в фиолетовую область за счет доплеровского смещения, которое определяется на­ правлением и скоростью вторгающихся протонов. Подробную инфор­ мацию о спектрах сияний можно найти в [32 , 46, 115J. 6 .1 .3 . Интенсивность полярных сияний. Интенсивность свечения полярных сияний изменяется в очень больших пределах. Для поверх­ ностной яркости сияний введена специальная единица „рэлей" ( R ) , которая соответствует излучению 10 фотонов/(см^.с). Такая еди- 109