| 21681190 23552 13350 920 1оду свечения. Первые карты изохазм (линий равной частоты появления П. с.), указывающие на существование областей на поверхности Земли, где П. с. появляются наиболее часто, были составлены в 1860-73 Э. Лумисом (США) и Г. Фрицем (Австрия) для Сев. полушария и в 1939 Ф. Уайтом и М. Геддесом (Новая Зеландия) -для Южного. Изохазмы в каждом полушарии представляют собой несколько деформированные концентрические окружности с центрами вблизи геомагнитных полюсов. Зона П. с. располагается на 23° от полюсов. Наблюдения последнего десятилетия показали, что свечение обычно появляется вдоль овала П. с. (Я. И. Фельдштейн, О. В. Хорошева, 1960-1963), центр к-рого (рис. 1) смещён на 3° от полюса вдоль полуночного меридиана. Радиус овала ок. 20°, так что около полуночи овал совпадает с зоной П. с., а в остальные часы располагается в более высоких широтах.
Рис. 1. Овалы полярных сияний над поверхностью Земли: а - в виде узкого кольца в магнитно-спокойные периоды и 6 - в виде заштрихованной области в магнитно-возмущённые периоды. Цифрами указаны высоты овала над поверхностью Земли.
В конце 19 - нач. 20 вв. норв. учёные К. Биркеланн и К. Стёрмер высказали и развили идеи о солнечном происхождении частиц, вызывающих П. с. Последующие исследования показали, что как частота появления, так и интенсивность П. с., особенно в средних широтах, явно коррелируют с активностью Солнца. П. с. имеют удивительно разнообразные формы сияний и ситуаций. Однако каждую мгновенную ситуацию можно рассматривать как состоящую из различных накладывающихся друг на друга элементарных форм сияний, к-рые в первом приближении можно подразделить на: однородные дуги и полосы (рис. 2, а, б), тянущиеся через весь небосвод в виде прямой или изогнутой линии; лучистые формы со значит. вертикальной протяжённостью (рис. 2, б, в, г); диффузные и неправильные пятна (рис. 2, о); большие однородные диффузные поверхности. Пространственно П. с. во многих случаях располагаются вдоль геомагнитных силовых линий. Средняя толщина лучистых форм ~ 200 м и уменьшается с увеличением яркости.
Исследование спектра П. с. было начато А. Ангстремом в 1869. В 1924 Дж. Мак-Леннан и Г. Шрам (Великобритания) показали, что зелёная линия с длиной волны X = 5577 А излучается атомарным кислородом. Атомарный кислород образует также линии красного дублета 6300-6364 А на вые. 200-400 км (сияния типа А). Состояния, соответствующие этим излучениям, являются метастабильными, и время жизни возбуждённых атомов 0,74 и 110 сек. Начиная с 50-х гг. 20 в. спектр П. с. исследовался в инфракрасной и ультрафиолетовой областях. Помимо атомарных линий, спектр П. с. состоит из систем полос нейтрального и ионизованного молекулярного азота я кислорода. Излучение с X = 3914 А ионизованного азота наряду с X = = 5577 А является самым ярким в видимой части спектра от 3800 до 7000 А.
Поскольку макс. спектральная чувствительность человеческого глаза приходится на X ~ 5550 А, то П. с. кажутся нам в большинстве случаев бледно-зелёными. Нек-рые П. с. характеризуются пурпурно-красной границей вследствие излучения полос нейтрального молекулярного азота. П. с. с развитыми системами молекулярных полос относятся к типу В.
Вторжения протонов с энергиями 10-100 кэв приводят к появлению в спектре П. с. линий Бальмера серии (Л. Вегард, Норвегия, 1939; А. Б. Мейнел, США, 1950). Наиболее интенсивна линия На с X = 6563 А. Водородные линии отличаются от других тем, что они существенно расширены и при наблюдениях в направлении зенита оказываются смещёнными в область более коротких волн. Это доплеровское смещение (см. Доплера эффект) водородных линий было первым доказательством того, что излучение П. с., хотя бы частично, обусловлено вхождением в земную атмосферу потоков заряженных частиц. Свечение, связанное с протонами, имеет вид протяжённой в несколько сот км по широте и несколько тысяч по долготе слабой полосы. В П. с. иногда наблюдаются спектральные линии гелия.
Спектр П. с. меняется с широтой. В средних широтах обычно преобладают красные сияния типа А, на широтах зоны П. с.- сияния типа В, а в полярной шапке - сияния типа А. В приполюсной области после интенсивных хромосфер-ных вспышек на Солнце возникает равномерное "свечение полярной шапки" с X = 3914 А, к-рое обусловлено непосредственным вхождением солнечных протонов с энергией 1-100 Мэв, проникающих до высот 20-100 км. Интенсивность П. с. измеряется в т. н. международных коэфф. яркости (IBC) или в баллах. Установлено 4 балла, отличающихся по яркости на порядок: П. с. I балла равно яркости Млечного Пути и соответствует излучению 109 квантов/см2 -сек с X = 5577 А, или 1 крэлею, а IV -полной Луне, т. е. излучает 1012 квантов/см2 *сек с X = 5577 А, т. е. 1000 крэлеев.
Вторжение в атмосферу частиц, вызывающих П. с., есть результат сложного взаимодействия солнечного ветра с геомагнитным полем. Под действием солнечного ветра магнитосфера становится асимметричной, вытягиваясь в антисолнечном направлении (рис. 3). П. с. на ночной стороне Земли связаны с процессами в плазменном слое магнитосферы. Во время магнитных бурь внутри магнитосферы на расстоянии 3-5 радиусов Земли образуется кольцевой ток протонов. Магнитное поле этого тока деформирует силовые линии магнитосферы, и П. с. наблюдаются значительно ближе к экватору, чем район их обычного существования. На дневной стороне Земли плазма солнечного ветра достигает верхних слоев атмосферы через воронку, образованную расходящимися силовыми линиями (дневной касп). Последовательность форм П. с. и их движений находится в тесной связи со специфич. явлениями, происходящими в магнитосфере,- магнитосфер-ными суббурями, во время к-рых магнитосфера приходит в неустойчивое состояние. Возвращение в состояние с меньшей энергией носит взрывной характер и сопровождается высвобождением за 1 ч энергии ~ 1022 эрг, что вызывает свечение атмосферы - т. н. авроральную суббурю.
При взаимодействии быстрых электронов с атомами и молекулами атмосферы образуются рентгеновские лучи как тормозное излучение электронов. Тормозное излучение гораздо более проникающее, чем частицы, поэтому оно достигает высот 30-40 км. П. с. испускают инфра-звуковые волны с периодами от 10 до 100 сек, к-рые сопровождаются колебаниями атм. давления с амплитудой от 1 до 10 дин/см2.
Рис. 2. Фотографии полярных сияний различных форм и структур: а - однородная полоса; 6 - однородная и лучистая полосы; в - лучистая полоса; г - корона; д - диффузное однородное пятно.
Рис. 3. Структура магнитосферы и овал полярных сияний. Магнитосфера разрезана по меридиану полдень - полночь и в плоскости геомагнитного экватора (толстые линии). 1 - полуденная северная граница овала; 2 - полуденная южная граница овала; 3 - полуночная северная граница плазменного слоя; 4 - полуночная северная граница овала; 5 - полуночная южная граница овала и внутренняя граница плазменного слоя; 6 - дрейфующие во внутренней магнитосфере электроны из плазменного слоя хвоста.
Изучение П. с. имеет два существенно различных аспекта. Во-первых, оптич. излучение, являясь одним из конечных результатов процессов в пространстве между Землёй и Солнцем, может служить источником информации о процессах в околоземном космич. пространстве, в частности для диагностики магнитосферы. Во-вторых, по данным об оптич. излучении можно судить о воздействии первичного потока частиц на ионосферу. Такие исследования необходимы в связи с проблемой распространения радиоволн и др. явлениями в радиодиапазоне [появлением спорадич. слоев Е, рассеянием радиоволн, возникновением ОНЧ-излучения (см. Радиоволны) и радиошумов]. Наблюдения П. с. с использованием телевизионной техники позволили установить сопряжённость П. с. в двух полушариях, исследовать быстрые изменения и тонкую структуру П. с. Не все проблемы, связанные с П. с., могут быть решены наземными средствами или наблюдениями естественных П. с. Появление спутников и ракет позволило проводить изучение П. с. в тесной связи с исследованиями околоземного космич. пространства и ставить прямые эксперименты во внешней атмосфере Земли и межпланетном пространстве. Так, США в 1969, СССР в 1973 и СССР совместно с Францией в 1975 провели эксперименты по созданию искусств. П. с., во время к-рых с ракеты на высоте в неск. сот км инжектировался в атмосферу пучок электронов высоких энергий. Проведение контролируемых экспериментов совместно с наземными наблюдениями открывает новые пути в исследовании П. с. и процессов в верх, атмосфере. В 1971-1972 измерения интенсивности отдельных эмиссий и фотографирование П. с. начато из космоса со спутников на полярных орбитах, что позволяет получать распределение свечения во всей области высоких широт за несколько минут.
Лит.: ИсаевС. И., Пушков Н. В., Полярные сияния, М., 1958; Красовский В. И., Некоторые результаты исследований полярных сияний и излучения ночного неба во время МГГ и МГС, "Успехи физических наук", 1961, т. 75, в. 3; Ч е м-берлен Д ж., физика полярных сияний и излучения атмосферы, пер. с англ., М., 1963; Акасофу С. И., Полярные и маг-нитосферные суббурн, пер. с англ., М., 1971; Исаев С. И., Пудовкин М. И., Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли, Л., 1972; Омхольт А., Полярные сияния, пер. с англ., М., 1974; Stоr-
mer С., The polar aurora, Oxf., 1955; International Auroral atlas, Edinburgh, 1963.
Я. И. Фельдштейн.
ПОЛЯРНЫЕ СТАНЦИИ, научно-наблюдательные пункты, созданные на побережье континентов и о-вах Сев. Ледовитого ок., а также в Антарктике. На П. с. ведутся систематические аэрометеорологич., актинометрич., геомагнитные, гидрологич. и гляциологич. наблюдения. Аэрометеорологич. наблюдения передаются по радио несколько раз в день в органы службы погоды для составления синоптич. карт и вместе с аналогичными данными др. широт являются исходными материалами для гидрометеорологич. прогнозов.
Первые П. с. начали создаваться в Арктике (13) и в Антарктике (2) в период 1-го Международного полярного года (1882-83). В России были организованы две временные П. с. (в М. Кармакулах на Н. Земле и на о. Сагастырь в дельте р. Лены). В 30-х гг. в Арктике было 7 П. с., из них русских - более 20. К 1974 в Арктике работало более 200 П.с. Около половины из них - советские, к-рые находятся в ведении Гл. управления гидрометеорологич. службы при Сов. Мин. СССР. Научно-методич. руководство работой сов. станций осуществляет Арктич. и Антарктич. н.-и. ин-т. Для оперативного руководства и организации быстрого сбора, обработки научных данных в 1973 созданы управления Гидрометеорологической службы СССР: Амдерминское, Диксонское, Тиксинское, Певекское. В зарубежной Арктике П. с. размещены на п-ове Аляска, на о. Гренландия и о-вах Канадского Арктич. архипелага.
В Антарктике осн. сеть П. с. была создана в период подготовки и проведения Междунар. геофиз. года (1957-58) и в последующие годы. В организации станций участвовали 12 гос-в: Австралия, Аргентина, Бельгия, Великобритания, Н. Зеландия, Норвегия, СССР, США, Франция, Чили, Япония, ЮАР. Нек-рые антарктич. П. с. функционировали 1 -2 года, но ок. 30 станций существуют много лет. СССР создал временные П. с. (Пионерская, Комсомольская, Восток-1, Советская, Оазис, Лазарев) в наименее исследованных р-нах, к-рые функционировали 1-3 года и были закрыты после завершения комплекса науч. исследований. Постоянные станции - Мирный, -" Восток", Новолазаревская, Молодёжная, Беллинсгаузен, Ленинградская - являются базами для полевых геофизич. исследований. До 1971 гл. базой сов. антарктич. исследований был Мирный, с 1971 - Молодёжная, превращённая в региональный антарктич. центр, передающий прогнозы погоды для судов и самолётов, работающих в Юж. полушарии, а также органам Мировой службы погоды.
Программы работ антарктич. П. с. координируются Специальным международным научным комитетом антарктич. исследований (SCAR).
Лит.: Гаккель Я. Я., Наука и освоение Арктики, Л., 1957. Л. Ф. Трешников.
ПОЛЯРНЫЕ ТЕЛЬЦА, направительные тельца, полоциты, образования, содержащие ядерный материал и небольшое количество цитоплазмы. П. т. отделяются от ооцита животных при первом и втором делениях мейоза, впоследствии дегенерируют. См. Оогенез.
ПОЛЯРНЫЕ ФЛОРЫ, совокупность видов растений, обитающих в безлесных р-нах Арктической подобласти (области), а также на безлесных субантарктич. островах Антарктиды. П. ф. включают неск. сот видов лишайников и мхов и до тысячи видов сосудистых растений -злаков, осоковых, ситниковых, ивовых, гвоздичных, лютиковых, крестоцветных, камнеломковых, розоцветных, вересковых, норичниковых, сложноцветных. Мн. виды эндемичны; среди родов эндеми-ков почти нет. Богатство видов возрастает к Ю. П. ф.- молодое образование, сложившееся 1-1,5 млн. лет назад и развивавшееся первоначально на не подвергавшихся сплошному оледенению вы-сокоарктич. пространствах. В дальнейшем флора обогатилась за счёт переселения видов более юж. происхождения и за счёт местного видообразования. П. ф. Юж. полушария приурочены к обособленным друг от друга островам. Они беднее арктических, но более дифференцированы. Есть узкие эндемики; нек-рые роды те же, что в Сев. полушарии, общих видов немного.
Лит.: Арктическая флора СССР, в. 1 - 6, М.- Л., 1960 - 71. А. И. Толмачёв.
ПОЛЯРНЫЙ, город в Мурманской обл. РСФСР, подчинён Североморскому горсовету. Расположен на побережье Кольского зал. Баренцева м., в 40 км к С. от Мурманска. 17 тыс. жит. (1974). Предприятия по обслуживанию рыбной пром-сти.
ПОЛЯРНЫЙ, посёлок гор. типа в Шмид-товском р-не Чукотского нац. округа Магаданской обл. РСФСР. Расположен на побережье Чукотского м., в 90 км от мыса Шмидта. Горно-обогатит. комбинат (золото).
ПОЛЯРНЫЙ ВЕКТОР, обычный вектор, называемый так для отличия от осевого вектора.
ПОЛЯРНЫЙ ВОЗДУХ, воздушные массы, формирующиеся во внетропич. широтах земного шара. Название "П. в." часто применяется только по отношению к возд. массам умеренных широт, тогда как возд. массы более высоких широт называются арктическим воздухом. См. статьи Арктические воздушные массы и Антарктические воздушные массы.
ПОЛЯРНЫЙ ДЕНЬ, день, длящийся более одних суток; наблюдается в полярных областях, лежащих к С. от Сев. полярного круга и к Ю. от Южного. В Сев. полушарии, в пунктах с геогр. широтой ф Солнце не опускается за горизонт, когда при видимом годовом движении по эклиптике оно оказывается в незаходящей области неба, лежащей севернее небесной параллели б = 90° - ф. На полярных кругах Солнце не заходит один раз в году: на Сев. полярном круге - в день летнего солнцестояния (21 или 22 июня), когда оно имеет макс. склонение SО* = 23°27', на Юж. полярном круге - в день зимнего солнцестояния (21 или 22 дек.), когда оно имеет миним. склонение SО* = -23°27'. По мере приближения к полюсам продолжительность П. д. возрастает, достигая на полюсах полугода. Вследствие рефракции это явление усложняется, продолжительность П. д. увеличивается. См. таблицу в ст. Полярная ночь.
ПОЛЯРНЫЙ КИТ, млекопитающее подотряда беззубых китов; то же, что гренландский кит.
ПОЛЯРНЫЙ КЛИМАТ, климат "вечного мороза" с темп-рами, даже летом редко превосходящими 0ОС, и с малым количеством осадков (100-200 мм в год). Свойствен покрытым снегом и льдом пространствам Сев. Ледовитого ок. и его островов, Гренландии, а также Антарктиде. Более мягкая его разновидность -в атлантич. секторе Арктики, наиболее суровая - на плато Вост. Антарктиды.
ПОЛЯРНЫЙ КРУГ, земная параллель, отстоящая от экватора на 66°33' (угол наклона земной оси к плоскости эклиптики). П. к., расположенный в Сев. полушарии Земли, наз. Северным П. к., в Юж. полушарии - Южным П. к. В день летнего солнцестояния (21 или 22 июня) к С. от Сев. П. к. Солнце не заходит, а в день зимнего солнцестояния (21 или 22 дек.)-не восходит. Количество суток, в течение к-рых Солнце не опускается под горизонт или не поднимается над ним, возрастает по мере приближения к полюсу, где день и ночь длятся по полгода (полярный день и полярная ночь). Аналогичное явление наблюдается и в Юж. полушарии Земли. Рефракция света несколько усложняет это явление, увеличивая продолжительность полярного дня за счёт ночи и увеличивая число дней с незаходящим Солнцем. П. к. считаются границами холодных климатич. поясов.
ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ, часть Урала, протягивающаяся от верховьев р. Хулги (басе. Оби) до г. Константинов Камень. Дл. 380 км, шир. от 40 до 100 км, выс. до 1499 м (г. Пайер). Сложена в основном кварцитами, кристаллич. сланцами, из-верженными и осадочными горными породами. Сохранились следы горно- долинных оледенений (цирки, троги, морена). Современное оледенение (ледники ИГАН, Долгушина и др.). На П. У. много озёр (самое глубокое - оз. Большое Щучье). Склоны юж. части (до выс. 300-400 м) покрыты таёжным редколесьем из лиственницы, ели, с примесью берёзы, выше и в более сев. частях - горные, мохово-лишайниковые тундры, скалы, каменные россыпи. См. также Урал.
ПОЛЯРНЫЙ ФРОНТ, атмосферный фронт, возникающий на границе между воздушными массами внетропических и тропич. широт, т. е. между полярным (умеренным) воздухом, с одной стороны, и тропич. воздухом - с другой. Обычно в каждом полушарии П. ф. состоит из нескольких отдельных ветвей, каждая из к-рых связана с развивающейся на ней серией циклонов (см. также Фронты атмосферные).
ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, один из электрохимических методов анализа, см. также Полярография.
ПОЛЯРОГРАФИЯ, электрохимический метод качественного анализа, количественного анализа и изучения кинетики химических процессов. П. была предложена Я. Гейровским и затем развита А. Н. Фрумкиным и другими учёными. П. основана на расшифровке вольтамперных кривых - полярограмм (см. Поляризация электрохимическая),- получаемых при электролизе исследуемых растворов и выражающих зависимость силы тока I от приложенного к электролитич. ячейке постоянного (по форме) напряжения Епост. Для получения полярограмм (регистрируются с помощью полярографов) исследуемый раствор помещают в ячейку с поляризуемым микро-электродом (ПЭ) и неполяризуемым электродом (НЭ). В качестве ПЭ чаще всего используют ртутно-капающий электрод (его поверхность обновляется). Идущая на ПЭ электродная реакция не вызывает в растворе ни заметных хим. изменений, ни заметной разности потенциалов, потому что ПЭ всегда значительно меньше НЭ. В П. используют процессы окисления -восстановления, адсорбции, катализа. Если потенциал электрода Епост плавно изменять в отрицательном (или положительном) направлении, то при определённом его значении (точка а на рис.), достаточном для начала восстановления (или окисления), ионы исследуемого вещества (деполяризатора) вблизи ПЭ начинают разряжаться на микроэлектроде, и их концентрация вблизи ПЭ падает. В приэлектродной области возникает разность концентраций, к-рая вызывает диффузию ионов к поверхности ПЭ. В цепи появляется электролитич. (диффузионный, на рис. Iд) ток Iэ. При дальнейшем изменении Eпост ток Iэ увеличивается и с течением времени достигает (в точке в) предельного значения (предельный ток), пропорционального исходной концентрации деполяризатора. Потенциал, соответствующий средней величине предельного тока (точка 6), называется потенциалом полуволны E1/2, и характеризует природу деполяризатора (E1/2 различных веществ принято давать в спец. таблицах). Если в растворе имеется несколько деполяризаторов, то поля-рограмма представляет собой несколько волн (полярографический спектр), каждая из к-рых характеризует качественно (по E1/2', E1/2'' ...) и количественно (по Iэ, на рис. I'д, I"д) соответствующее вещество, концентрация к-poro рассчитывается по спец. формулам. 1, зависит также от скорости электродного процесса, в соответствии с чем различают обратимые (протекающие быстро), частично обратимые и необратимые (протекающие медленно) процессы. Для исключения составляющей тока, вызываемой переносом ионов за счёт сил электрического поля, возникающего между ПЭ и НЭ (этот ток не пропорционален концентрации деполяризатора), в исследуемый раствор добавляют более чем 50-кратный избыток индифферентного электролита (так наз. фонового раствора), ионы к-рого в интервале напряжения поляризации поляро-графически пассивны. При наложении напряжения на границе электрод-раствор возникает двойной электрический слой, вызывающий появление основной помехи - ёмкостного тока /с.
Классическая (постояннотоковая) полярограмма (даны абс. величины значений Е).
Виды П. оцениваются по чувствительности - минимально определяемой концентрации и по разрешающей способности-допустимому отношению концентраций сопутствующего и определяемого компонентов и зависят от формы и скорости изменения поляризующего напряжения.
В постояннотоковой (классической) П., основанной на изучении зависимости Iэ, от медленно изменяющегося поляризующего Eпост, Iэ пропорциональна числу электронов (и), участвующих в реакции. Чувствительность при определении обратимо реагирующих веществ равна 10-5 моль/л, разрешающая способность ~ 10. В переменнотоковой П. (ПТП), основанной на изучении зависимости переменного тока I пер, возникающего при дополнительном наложении напряжения Япер различной формы (прямоугольной, трапецеидальной, синусоидальной с малой амплитудой), от Eпост, I пер пропорциональна n2. Высокая чувствительность ПТП (10-7 моль/л) обусловлена возможностью отделения полезного сигнала I пер от I с, а высокая разрешающая способность (до неск. тысяч) обусловлена колоколообразной формой подпрограммы (ордината быстро стремится к нулю при отклонении Япост от потенциала пика) и возможностью определения обратимо реагирующих веществ в присутствии компонентов, реагирующих необратимо (чувствительность при определении последних мала). Для высокочастотной П. (ВЧП) характерно наложение Епост и Е высокой частоты, модулированное Е низкой частоты. В ВЧП от Япост зависит Iмч, - составляющая тока по модулированной частоте; Iмч пропорциональна п3. Для отделения полезного сигнала Iмч от Iс используют различие в их изменении при наложении высокой частоты. ВЧП позволяет определять константу скорости быстрых реакций. Импульсная П. (ИП) основана на изучении зависимости тока Iимп, возникающего при наложении импульса напряжения (0,04 сек) в момент, когда поверхность ртутной капли максимальна. Отделение Iимп от Iс производят путём измерения Iимп в момент, когда Iс затухает. Чувствительность ИП равна 1-5 *10-8моль/л, разрешающая способность ~5-103. О с-циллографическая П. (ОП) основана на измерении зависимости Iэ от быстро изменяющегося Япост (0,1-100 в /сек). Полярограммы в ОП (регистрируемые с помощью электроннолучевой трубки) имеют ярко выраженный максимум. В ОП Iэ пропорциональна п2/3 , чувствительность равна 10-6 моль/л, разрешающая способность ~400.
Кроме ртутно-капающего электрода, в П. применяют стационарный ртутный и твёрдые электроды. В зависимости от природы измеряемого тока различают прямую и инверсионную П. В последней для повышения чувствительности (до 10~9 моль/л) и разрешающей способности (до5-105 и более) применяют метод накопления: используют электроды с постоянной поверхностью, на к-рой при потенциалах предельного тока (или образования нерастворимого соединения) накапливают анализируемое вещество (стадия предэлектролиза), а затем накопленное твёрдое соединение растворяют при изменении Eпост. Применяются электроды из ртути, графита, благородных металлов.
П. имеет широкое применение: при контроле произ-ва особо чистых веществ, |
