Как известно, не существует объяснения самой картины северного сияния. Его пытаются объяснить солнечным ветром, который прилетает к нам от Солнца и захватом заряженных частиц плазмы магнитным полем Земли. Частицы, прилетающие от Солнца движутся в магнитном поле Земли и, очевидно, приводят к большей ионизации в ионосфере. Но это движение не объясняет саму картину северного сияния. Почему оно заканчивается на высоте 100 км над Землей, почему образуется в окрестности аврорального овала – на границе магнитного поля Земли на высоте 100 км, и самое главное – почему картина северного сияния такая устойчивая и висит в небе на высоте более 100 километров.
Чтобы ответить на эти вопросы обратим свое внимание на то, что собой представляет ионосфера. Ионосфера состоит из воздуха и ионизированного газа. Она начинается на высоте 70 км над поверхностью Земли, и сначала концентрация ионов газа составляет один на миллиард молекул. Но, по мере увеличения высоты 90-100 км, число ионизированных молекул растет, а плотность атмосферы падает. В результате, когда концентрация достигает один ион на миллион, воздух становится разряженный, он в миллион раз менее плотный, чем на поверхности Земли, и в этот момент магнитное поле может привести к коллективному движению ионов в ионосфере. Известно, что ионы двигаются перпендикулярно магнитному полю под действием магнитной силы Лоренца. Они двигаются в одном и том же направлении, так как заряжены положительно. Это коллективное движение ионов воздуха будет ускорять и обычные молекулы воздуха, и там, где есть магнитное поле Земли, будет возникать ветер. Таким образом, внутри аврорального овала будет дуть вихревой ветер, а снаружи аврорального овала ветра не будет, так как снаружи нет магнитного поля Земли. Мы не беремся утверждать, что там нет каких-либо других ветров, связанных с перепадом давления, но ветра, индуцированного магнитным полем Земли, снаружи аврорального овала, точно нет.
Что происходит, если в одной области пространства дует ветер, а в другой ветра нет? Очевидно, что на границе аврорального овала возникает избыточное давление в некоторой области пространства, согласно закону Бернулли. Во время магнитных бурь или магнитной активности это давление будет расти, и также, как в грозовом облаке, повышенное давление в окрестности аврорального овала приведет к молнии. Действительно, эти молнии наблюдают, а также слышат треск и гром.
Что происходит с молниями, которые, как мы знаем, бьют в разные стороны, как вверх, так и вниз? Молнии, направленные вниз выталкиваются из атмосферы, также как и обычные молнии около поверхности Земли. А молнии направленные вверх – остаются "висеть" в ионосфере! При этом они остаются висеть не в виде трещины какой-то, а в виде ансамбля тончайших нитей, направленных вдоль линий магнитного поля Земли.
Почему так происходит? Дело в том, что ионосфера, по своей структуре уже не сплошная среда, так как в ней есть уже два сорта частиц – заряженные и незаряженные, которые могут коллективно двигаться по разному. Поэтому в ионосфере действуют другие законы физики. Для описания молний мы воспользовались аналогией со сверхпроводимостью, а точнее с разрушением сверхпроводящего состояния. Давайте и здесь воспользуемся аналогией со сверхпроводимостью, тем более, что в сверхпроводимости есть, так называемое, смешанное сверхпроводящее состояние, описанное советским физиком Абрикосовым, лауреатом Нобелевской премии, которую он получил десять лет назад. Абрикосов предсказал существование смешанного сверхпроводящего состояния, в котором есть признаки и "нормального" и сверхпроводящего состояния одновременно. Этот случай хорошо подходит для ионосферы, так как ионосфера обладает свойствами как плазмы, так и сплошной среды.
Итак, что нам известно про смешанное сверхпроводящее состояние? В отличие от обычного сверхпроводящего состояния, которое не пропускает в себя магнитное поле и выталкивает его, согласно эффекту Мейснера, смешанное сверхпроводящее состояние пропускает внутрь себя магнитное поле, но порциями, в виде вихрей Абрикосова, с фиксированным значением магнитного потока, типа: заходим, но по одному). Т.е магнитное поле квантуется, становится дискретным, но при этом проходит внутрь сверхпроводника. Мы уже говорили, что существует аналогия между плотностью дислокаций и магнитным полем, ее проследили Кадич-Эделен в 1982 году. В предыдущей статье мы показали, что молнии представляют собой дислокации – линейные дефекты наполненные плазмой, которые выталкиваются из сплошной среды, по аналогии с эффектом Мейснера. Но в ионосфере эти дислокации, как и вихри Абрикосова в сверхпроводимости, не выталкиваются, а проникают внутрь ионосферы. Действительно, мы видим, что линии дислокаций проникают на сотни километров вверх, здесь это видно на записи сделанной с МКС.
Что такое дислокации в сплошной среде? Дислокации в сплошной среде, по сути дела, представляют собой дырки. Они проникают в ионосферу в виде одинаковых тончайших трубок, как вихри Абрикосова в сверхпроводник. А вся картина северного сияния, как бы аккуратно подрезана снизу, на высоте 100 км. На высоте 90-100 км проходит граница, между состоянием где выталкивается плотность дислокаций из сплошной среды, и где возникает аналог смешанного состояния в ионосфере.
Почему северное сияние светиться, спросите Вы? Ответ простой, "внутри" трубок дислокаций, а точнее в местах проникновения дислокаций, также как в местах проникновения вихрей Абрикосова в сверхпроводнике, реализуется "нормальное состояние" или активное состояние поля взаимодействия. Поле взаимодействия, аналогичное электромагнитному полю, тоже активное в местах проникновения дислокаций в ионосферу, и оно тоже взаимодействует с молекулами газа, которые в этом месте находятся. Как активное поле взаимодействует с молекулами газа явно видно на примере молнии, когда воздух превращается в плазму. В северном сиянии происходит тоже самое, но не так активно, поскольку энергия молний на высоте 100 км меньше, и она "более равномерно" расходуется на свечение, так как не выбрасывается вместе с дислокациями из сплошной среды.
В северном сиянии, вообще говоря процессы можно разбить на две части, образование дискретной структуры, которая собой представляет, как бы двумерный кристалл, в плоскости перпендикулярной линиям магнитного поля. Поэтому и линии дислокаций, которые, в свою очередь, перпендикулярны этой плоской решетке, направлены вдоль линий магнитного поля. И второй процесс – это свечение северного сияния – высвечивание ансамбля одинаковых "дырок висящих в воздухе". Вот здесь солнечный ветер как раз кстати, И мы получаем как бы и ЖК экран и Плазменный телевизор "в одном флаконе". Теперь становится понятно почему мы наблюдаем большое свечение во время солнечной активности. Потому что солнечный ветер служит по сути дела, источником питания для нашего огромного ЖК экрана.
Примечательно то, что северное сияние наблюдается на всех планетах солнечной системы, где есть магнитное поле и атмосфера. Вот недавно полученные снимки северного сияния на Юпитере.
Дискретность в северном сиянии и в вихрях Абрикосова связана с активным состоянием поля взаимодействия. В сплошной среде и в сверхпроводимости поле взаимодействия материализуется и не взаимодействует обычным образом с веществом, оно как бы само превращается в материю. В сплошной среде это выражается в законе Гука, когда поле взаимодействия (тензор дисторсии) пропорционально напряжению, в сверхпроводимости это уравнения Лондонов, когда электромагнитный потенциал пропорционален плотности тока. Однако, в ионосфере материализация заканчивается, поле взаимодействует с веществом минимальным образом, а такое взаимодействие всегда приводит к дискретности в пространстве. Вот мы и наблюдаем периодическую структуру в ионосфере, линии которой заполнены плазмой. Здесь дискретность понимается как одинаковая "толщина" линий дислокаций. Заметим, что взаимодействие электромагнитного потенциала со сверхпроводящей волновой функцией также приводит к квантованию магнитного потока, квант которого представляет собой фундаментальную константу, которая лежит в основе системы мер.
Таким образом, описание дислокаций в воздухе и северного сияния в ионосфере, полностью совпадает с описанием поведения магнитного поля в сверхпроводящем состоянии. Это свидетельствует об аналогии фундаментальных взаимодействий в обоих случаях. В следующей статье мы расскажем откуда берется высокотемпературная плазма в молнии, опишем взрыв и покажем, что взрыв, как фазовый переход типа молнии, может быть индуцирован критическим ускорением воздуха. Взрыв, обусловленный критическим ускорением воздуха, легко объясняет взрывы, которые происходят при падении метеоритов на Землю. Этому явлению нет аналога в сверхпроводимости. Так как фазовые переходы в сверхпроводимости не зависят от ускорения. Как не разгоняйся фазовый переход в сверхпроводящее состояние или обратно не произойдет:) Также мы проанализируем, что мог собой представлять Большой Взрыв, так как все взрывы подобны, и покажем, что Большой Взрыв продолжается до сих пор, так как в космосе нет сплошной среды и никто не тормозит этот взрыв.
По материалам исследований физика Александра Брагинского.
