Взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли создает огромный генератор, дающий энергию для возбуждения полярных сияний. Аналогичный механизм может лежать в основе и других астрофизических явлений.

Некоторые ранние наблюдения северных сияний строились на предположении, что эти светящиеся картины на арктическом небосводе вызваны преломлением солнечного света в атмосфере, подобно возникновению радуги. Мерцание светящихся форм наблюдатели приписывали движению воздуха. В настоящее время специалисты, изучающие физику полярных сияний, знают, что эти свечения, возникают в результате соударений атомов и молекул в ионосфере Земли с электронами солнечного ветра. Видимое движение полярных сияний обусловлено не атмосферной турбулентностью, а изменениями электромагнитных условий, под действием которых движутся заряженные частицы (так же как движение на экране телевизора - это иллюзия, создаваемая изменениями магнитного поля, направляющего электроны из катодной трубки на экран). Что играет роль катодной трубки в случае полярного сияния? Где расположен источник энергии? Почему эта энергия флуктуирует, заставляя сияния мерцать и струиться? Более 20 лет назад было установлено, что эмиссии полярных сияний (авроральные эмиссии) возбуждаются в результате бомбардировки ионосферы пучками электронов, генерируемых благодаря сложному взаимодействию солнечного ветра с магнитной оболочкой Земли. Геомагнитная природа сияний хорошо подтверждается наблюдениями из космоса. При визуальных наблюдениях различают несколько форм полярных сияний, смена которых обычно происходит в определенной последовательности и отражает физику этого явления: однородные дуги, лучистые дуги, отдельные лучи и группы лучей (которые при появлении в зените образуют красивую корону), диффузные полосы, пульсирующие пятна. В настоящей статье автор не делает различия форм сияния. Вокруг Северного полюса наблюдаются северные сияния, с противоположной стороны - южные. Мои коллеги и я нашли численное соотношение между солнечным ветром и генерацией энергии, которая питает полярные сияния и другие возмущения геомагнитного поля. Мы также более подробно изучили влияние активности Солнца на солнечный ветер. В результате появилась возможность создать численный метод предсказания уровня авроральной активности. Поскольку сияния могут вносить заметные помехи в радиосвязь, связь со спутниками, в работу линий электропередач, а также некоторых систем противовоздушной обороны, предсказание интенсивности становится все более необходимым теперь, когда деятельность человека распространилась на полярные районы Земли и космос.

Понять происхождение и пути эволюции Солнца и планет, выявить специфические и общие черты различных планет, более глубоко уяснить закономерности, относящиеся к каждой из них,— вот главная задача современного исследования планет, цель системного анализа всех полученных результатов. Сравнительное изучение условий погоды и климата на планетах — одна из важных сторон такого рода системного подхода. Планеты можно рассматривать как созданные природой модели, которые помогают нам более глубоко понять многие важные закономерности развития Земли, помогают понять, как формируется атмосфера, как меняется ее тепловой режим, атмосферная циркуляция, как формируется облачный покров в зависимости от параметров орбиты, скорости вращения, размеров, массы планеты.

Говоря о погоде, имеют в виду состояние атмосферы в данный момент и изменчивость этого состояния: подул ветер, начался дождь или закружила метель — мы говорим, что погода ухудшилась. Климат характеризует среднее состояние атмосферы за длительные промежутки времен». Строго говоря, мы пока не можем судить ни о погоде с ее быстрыми переменами, ни о климате на Венере (особенно о медленных изменениях климата). Почти все наблюдения за планетой сейчас носят эпизодический характер. Поскольку климат определяется совокупностью погодных условий, а среди них есть такие, которые на Венере изменяются очень медленно и в пространстве и во времени (например, температура поверхности планеты), мы не будем проводить резкой границы между понятиями погоды и климата. Теоретические расчеты средних величин атмосферного давления, температуры и других параметров дают возможность достаточно правильно оценить условия климата. Системный анализ условий погоды и климата на планетах имеет важное практическое значение: помогает более глубоко понять соответствующие закономерности на Земле. Поскольку размеры и масса Венеры и нашей планеты довольно близки, то еще несколько десятков лет назад считали, что и во всех остальных отношениях Венера похожа на Землю: что она имеет примерно такую же температуру, сходный состав атмосферы и облачный покров, состоящий из воды. Этот взгляд подкреплялся и тем, что Венера поглощает примерно столько же солнечной радиации, сколько Земля. (Хотя Венера из-за того, что она расположена ближе к Солнцу, получает солнечной энергии вдвое больше, чем Земля, высокая отражательная способность венерианских облаков приводит к большой потере солнечного тепла за счет отражения.)

После мощного извержения в верхние слои атмосферы поднимаются многие миллионы тонн вулканической пыли и газов. В основном это сернистые газы, которые образуют в стратосфере облако из мельчайших частичек серной кислоты. Они меняют прозрачность атмосферы. Теоретические расчеты и непосредственные измерения показывают, что средняя температура на планете после мощного вулканического извержения повышается примерно на полградуса. Значит ли это, что в каждой точке земного шара зимой, летом, осенью и весной делается теплее?

Чтобы ответить на этот вопрос, чтобы выяснить, как извержение меняет погодные условия отдельных регионов в различные сезоны года, сотрудники Государственного гидрологического института проанализировали метеосводки за последние 200 лет.

Отобрали 30 станций в северном полушарии, на которых в течение двух веков регулярно изо дня в день велись измерения температуры воздуха. Среди них 15 станций на Европейской территории Советского Союза, 10—в Западной Европе и 5 — на юго-востоке США. Чтобы оценить мощность того или иного извержения, нужны данные о количестве выброшенных в стратосферу газов, или, как принято говорить, о количестве сернокислого аэрозоля. На сегодняшний день существует лишь один косвенный, но достаточно надежный метод «взвесить» аэрозоль. Этот метод позволяет оценить мощность даже тех извержений, которые произошли сотни лет назад. С этой целью анализируют годовые слои льда в кернах, взятых в Гренландии. Атмосферная циркуляция над центральными районами Гренландии имеет важную особенность: здесь область постоянного антициклона, на состав атмосферы и осадков индустриальные загрязнения здесь практически не влияют.

Долгое время считалось, что ионосфера, лежащая выше тропосферы и стратосферы, метеорологически статична, что в ней нет движения ветра. Ионосферу изучали лишь как магнитоактивный слой атмосферы, играющий важную роль в распространении радиоволн. Однако оказалось, что для решения как раз этих проблем необходимо учитывать ветровой режим в нижней ионосфере — ее области D. Иркутские ученые создали специальную экспериментальную установку для постоянных наблюдений за динамикой ионосферной плазмы и много лет ведут эти наблюдения, координируя их с такими же работами ученых в ГДР. Благодаря этому оказалось возможным выявить общие закономерности и региональные особенности ветрового режима в ионосфере над Центральной Европой и Восточной Сибирью, которая прежде была в этом отношении «белым пятном». Многолетние исследования показали, что для исследуемой области характерна скорость ветра до 40 метров в секунду. Летом и зимой основное его направление с запада на восток, весной и осенью — с востока на запад. Динамика ионосферного движения в области D оказалась весьма чувствительной к изменениям метеорологического состояния нижележащей стратосферы — к циклонам и антициклонам, и особенно к внезапным зимним потеплениям.