Электропроводящие свойства наших проводников таковы, что при обмене зарядами между ионосферой и магнитосферой токи "предпочитают" течь вдоль силовых линий магнитного поля. В нижней ионосфере в отличие от верхней заряды перетекают также и поперек силовых линий, причем делают это тем легче, чем больше в ионосфере свободных заряженных частиц. Иначе говоря, с увеличением числа носителей зарядов в ионосфере падает ее сопротивление поперечному (по отношению к магнитным силовым линиям) току. С этим связан интересный эффект, когда космические проводники, ионосфера и магнитосфера, как бы сами себя выводят на режим короткого замыкания.
В лабораторных плазменных установках в тех областях, где по плазме течет достаточно сильный ток вдоль силовых линий магнитного поля (продольный ток), появляются частицы, намного более энергичные, чем частицы окружающей плазмы. И летят они также вдоль силовых линий магнитного поля.
Подножия магнитных силовых линий, проходящих по магнитосфере, находятся в ионосфере. Легко представить себе, что будет, если в магнитосферной плазме появится такой достаточно сильный продольный ток: в ионосферу посыпятся энергичные частицы. Разрушая нейтральные частицы ионосферы, они создадут в ней добавочные свободные заряды, и сопротивление ионосферному поперечному току упадет. Ситуация становится похожей на короткое замыкание. Из житейского опыта хорошо известно, что при этом происходит: резко увеличивается ток в подводящих проводах. В данном случае это продольные токи из ионосферы в магнитосферу и наоборот. Но с увеличением продольных токов создаются условия для усиленного высыпания в ионосферу энергичных частиц. Процесс таким образом развивается, и режим все больше напоминает короткое замыкание.
По-видимому, такой механизм участвует в создании спокойных дуг полярных сияний: и тех, что тянутся на тысячи километров, и тех, что покороче. Дело здесь не в их длине, а в том, что поперек дуги физические величины распределены знакомым нам образом: пара продольных токов, один течет из магнитосферы в ионосферу, другой — в обратном направлении (рис. 7); над дугой со спутников наблюдаются энергичные частицы — те, что вызывают свечение; в ионосфере увеличено количество свободных заряженных частиц в области свечения, то есть там, где энергичные частицы разбивают нейтральные. Вся эта система очень узкая и правильная, как сама дуга.
Рис. 7. Дуга полярного сияния в поперечном сечении (внизу) и токи над ней
Но ясно, что такой процесс должен идти не только в области спокойных дуг полярных сияний. Мы говорим о дугах просто потому, что они лучше изучены: спокойные легче наблюдать и осмысливать. Для описанного здесь процесса важен дополнительный обстрел ионосферы энергичными частицами. Такие частицы появляются в магнитосфере во время возмущенных состояний космоса, о которых пойдет речь в следующей главе. Заметим еще, что есть идея вызвать подобный процесс путем искусственного (с помощью ракет) введения заряженных частиц в ионосферу — другими словами, уменьшая ее сопротивление поперечному току.
7. Говорит и показывает космос
Что зыблет ясный ночью луч?
Космос говорит о себе изменениями магнитного поля на поверхности Земли. За ними нетрудно следить, они легко измеряются, и наблюдения можно вести в автоматическом режиме.
При прочих равных условиях на магнитограф, конечно, сильнее всего действует ток, текущий на близком расстоянии. Самая близкая область космоса — ионосфера над нами. Однако ток над местом наблюдений — это только часть всей токовой цепи. Ток этот может замыкаться где угодно в заполненном плазмой космосе. Поэтому без специального исследования нельзя сказать, о каком именно космическом процессе информирует нас магнитометр.
К тому же его показания многое отражают. Например, ветры на ионосферных высотах: при смещениях проводника — ионосферной плазмы — поперек магнитного поля в проводнике возникает электродвижущая сила, а значит, появляются ионосферные и магнитосферные токи, магнитные поля которых воспринимаются земными приборами-магнитографами. По ассоциации с обычной динамо-машиной говорят, что такие магнитные возмущения вызваны действием "ионосферного динамо". Еще замечено, что включение крупных промышленных электрических сетей приводит к появлению ионосферных токов, которые отмечаются магнитометрами на Земле.