Одне з найбільш чудових явищ полярних країн - це полярні сяйва.
Область поширення полярних сяйв взагалі дуже велика: вони іноді відзначаються навіть в районі екватора; проте найчастіше полярні сяйва спостерігаються в високих широтах. Область максимальної повторюваності полярних сяйв розташована на відстані приблизно 2500 кілометрів від магнітного полюса. Вона опоясує північну полярну область у вигляді еліпса, довга вісь якого проходить приблизно від південного краю Гренландії до Чукотському півострові.
Пояс максимальної повторюваності полярних сяйв, або, як його іноді називають, зона полярних сяйв, проходить уздовж північного узбережжя Норвегії, через Нову Землю, на південь від мису Челюскіна, по північній частині Канади і південного краю Гренландії. На північ і на південь від цього поясу повторюваність полярних сяйв зменшується, причому саме явище стає менш грандіозним.
Спостереження останніх років показали, що зона полярних сяйв не залишається нерухомою; вона переміщається то на південь, то на північ, причому ці переміщення пов'язані з одинадцятирічним циклом коливань сонячної діяльності. У роки максимуму сонячної діяльності цей пояс зсувається кілька на південь, а в роки мінімуму - на північ. Крім того, було встановлено, що під час сильних магнітних збурень, які найчастіше спостерігаються в роки максимальної сонячної діяльності, полярні сяйва опускаються в більш південні широти; чим сильніше ці обурення, тим далі на південь просуваються полярні сяйва.
Карта повторюваності полярних сяйв
У місцях, розташованих в зоні максимальної повторюваності, полярні сяйва спостерігаються мало не кожен день. На північ від цієї зони полярні сяйва бувають хоча і рідше, але все-таки в досить великій кількості. Ще Ф. Нансен писав, що взимку не проходило жодного дня без того, щоб він зі своїми супутниками не спостерігав полярних сяйв, причому однаково часто як на північній, так і на південній стороні небосхилу.
Південніше максимальної зони полярні сяйва спостерігаються значно рідше, а в низьких широтах їх можна бачити тільки у виняткових випадках.
Форми полярних сяйв надзвичайно різноманітні. Проте виявилося можливим об'єднати все різноманіття видів полярних сяйв в два класи. До першого класу відносять сяйва прості, нелучістой структури; вони мають зазвичай форму однорідних дуг або дифузного випромінювання, що нагадує до певної міри світіння Чумацького шляху. До другого класу відносять сяйва променисті; вони мають форму або окремих барвистих променів, або вагається і швидко переміщається завіси, або драпрі.
Прості полярні сяйва спостерігаються на висоті 400-500 кілометрів, хоча в деяких випадках вони досягають висоти 700 кілометрів. Іноді полярні сяйва спостерігаються навіть на висоті 1000-1100 кілометрів. Зазвичай ці сяйва протікають спокійно і не супроводжуються магнітними бурями.
Променистим сяянням, навпаки, супроводжують сильні магнітні бурі; полярні сяйва цього класу проникають глибше в атмосферу і розташовуються приблизно на висоті 100 кілометрів, а іноді і нижче. Вони більш рухливі, ніж прості сяйва, швидко змінюють яскравість, форму і забарвлення, переливаючись всіма кольорами веселки.
Як вже зазначалося вище, сильні магнітні бурі супроводжуються полярними сяйвами. Іноді ці сяйва досягають вельми великої інтенсивності. Одне з таких сяйв описано С. І. Ісаєвим:
Що в цей час спостерігалося на станції «Північний полюс»?
До 12 годин (за московським часом) була суцільна хмарність. З проясненням, в термін між 12-13 годинами, з'явилася слабка нерухома промениста дуга червоного кольору.
Вчені дуже давно цікавилися питанням походження полярних сяйв, але природа їх довго залишалася невідомою.
Італійський фізик і астроном Г. Галілей (1564-1642) передбачав, що полярні сяйва відбуваються внаслідок «магнітного закінчення у Північного полюса». Майже в той же самий час французький філософ і математик Р. Декарт (1596-1650) вказував, що полярні сяйва зобов'язані своїм походженням «відбитому блиску полярних крижаних мас».
Правильніше інших підійшов до вирішення питання про природу полярних сяйв М. В. Ломоносов. Його можна вважати основоположником сучасної теорії походження полярних сяйв.
Як відомо, питанням про походження полярних сяйв одночасно з М. В. Ломоносовим займався В. Франклін (1706-1790). Обидва дослідника прийшли до висновку про електричну природу полярних сяйв. Але Ломоносов випередив у цьому відношенні свого сучасника на кілька років. У трактаті Ломоносова «Випробування причин північного сяйва і інших подібних явищ» ми Новомосковськ: «Франклінова здогад про північне сяйво, якого він в тих же листах (мається на увазі твір Франкліна« Листи про електрику ».) Декількома словами стосується, від моєї теорії вельми різниться. Бо він матерію електричну для твори північного сяйва від жаркого пояса залучити намагається; я досить знаходжу в самому тому місці, тобто ефір, всюди присутній. Він місця її не визначає; я вище атмосфери вважаю. Він не оголошує, яким вона способом виробляється; я висловлювався зрозумілим чином. Він ніякими не затверджує доводами; я понад те тлумаченням явищ підтверджую ».
Сучасні дослідження проливають нове світло на питання про походження полярних сяйв.
Тепер нам добре відомо, що поряд з видимими променями світла Сонце випускає невидимі ультрафіолетові промені, що руйнують атоми і молекули газів, що входять до складу повітря. В результаті цього відбувається іонізація повітря, тобто атоми і молекули газів втрачають електрони і стають позитивно зарядженими. Під впливом іонізації повітря гази атмосфери починають світитися, внаслідок чого і виникають полярні сяйва. Особливо сильними ці сяйва бувають тоді, коли на сонці відбуваються «спалаху» ультрафіолетового випромінювання. Ця теорія добре узгоджується зі спостереженнями і підтверджує географічний розподіл полярних сяйв, а також поширення їх на більш південні широти при сильних магнітних бурях. Але вона не пояснює деяких інших явищ, пов'язаних з полярними сяйвами.
Останнім часом висунута нова теорія походження полярних сяйв, так звана корпускулярна теорія. Вона виходить з припущення, що Сонце посилає, крім звичайного світла, потік швидких електричних частинок - корпускул. Цей потік, потрапляючи в магнітне поле Землі, відхиляється в полярні області, що до деякої міри і пояснює появу полярних сяйв саме в цих областях. У верхніх шарах атмосфери потік корпускул стикається з атомами газів, що входять до складу повітря. Гази починають випромінювати світло, утворюючи, таким чином, полярне сяйво.
Хоча ця теорія не отримала повного визнання, проте в даний час можна вважати встановленим, що природа полярних сяйв і пов'язаних з ними магнітних збурень, які спостерігаються в високих широтах Арктики, обумовлена головним чином впливом на верхні шари атмосфери заряджених електрикою частинок, що випромінюються Сонцем.
Так допитливий розум дослідників, який відкрив нам таємниці Арктики, зробив доступним нашому розумінню ще одне з найпрекрасніших і найдивовижніших явищ природи полярних областей.