Авророй называют полярные сияния, а распространение радиоволн путем отражения от области полярного сияния — авроральным. Это необычное природное явление давно привлекло к себе внимание исследователей. Наблюдая полярные сияния, М. В. Ломоносов высказал предположение о том, что они вызываются мельчайшими заряженными частицами. Дальнейшие наблюдения подтвердили это предположение и показали, что полярные сияния представляют собой области с повышенной ионизацией газа и имеют то же происхождение, что и ионосферно-магнитные бури. Оба эти явления возникают одновременно и проявляются главным образом в приполярных областях, вблизи геомагнитных полюсов; в средних широтах полярные сияния редки. На рис. 60 показана область полярных сияний, имеющая вид неправильного овала, границы которого непрерывно меняются. Овал полярных сияний асимметричен, и поэтому по мере вращения Земного шара наблюдателю, расположенному, например, в некотором пункте на 70-й параллели, кажется, что вечером овал полярных сияний перемещается с севера на юг, а поздней ночью в обратном направлении. Полярные сияния появляются наиболее часто в то время года, когда наиболее часты геомагнитные возмущения и ионосферно-магнитные бури, а, следовательно, во время равноденствий — в марте—апреле и в сентябре—октябре. Кроме того, имеется прямая зависимость между активностью Солнца и появлением полярных сияний. В годы максимума солнечной деятельности полярные сияния появляются примерно в пять раз чаще, чем в году минимума. Наблюдается также 27-дневная повторяемость полярных сияний, соответствующая солнечным суткам. Интенсивность и конфигурация овала полярных сияний меняются в зависимости от уровня геомагнитных возмущений. Во время интенсивных ионосферно-магнитных бурь овал расширяется так, что может достигнуть области средних широт. Были случаи, когда полярное сияние наблюдалось в Москве.
Полярные сияния первоначально наблюдали визуально, по характеру свечения неба. Формы свечения полярного сияния разнообразны: то это желтовато-зеленое свечение всего небосвода, то мерцающее голубоватое свечение, то яркие полосы или лучи, спокойные или движущиеся, изменяющейся окраски. Одни формы переходят в другие и комбинируются. Критерием интенсивности полярных сияний является их яркость. После того как было обнаружено, что от области полярных сияний отражаются радиоволны метрового диапазона, для исследования полярных сияний стали применяться радиолокационные методы. Было выяснено, что более яркие полярные сияния обладают большей отражающей способностью. Измерили электронную плотность в области полярных сияний. Пример распределения электронной плотности в полярном сиянии показан на рис. 61. Нижняя граница полярных сияний расположена на высоте 80—110 км, а верхняя на высоте 140—160 км, но иногда достигает 700—800 км. Плотность электронов в полярном сиянии на высоте 100—130 км достигает (7—8)·105 э/см3, что гораздо больше электронной плотности спокойной ионосферы на этой высоте, как это показано на рис. 15. Такая электронная плотность мала для отражения метровых волн. Действительно, используя формулу (10), легко подсчитать, что при нормальном падении радиоволны на ионизированный слой такой плотности будут отражаться только волны, частота которых не более 8 МГц.
Поэтому предполагают, что отраженная волна образуется при рассеянии радиоволн на неоднородностях электронной плотности полярного сияния. Электронная плотность в этих неоднородностях отличается от электронной плотности окружающей среды всего на одну ее тысячную часть. По форме неоднородности представляют цилиндры, вытянутые в направлении магнитного поля Земли. Таким образом, отражение радиоволн происходит как бы от решетки, состоящей из полос ионизированного газа.
Отражения от полярных сияний широко используются радиолюбителями для установления дальних радиосвязей в метровом диапазоне волн. При этом корреспонденты могут находиться на значительном расстоянии от области полярных сияний. Важно только, чтобы область полярного сияния находилась на расстоянии, не превышающем дальность прямой видимости, которую легко подсчитать по формуле (19). В этом случае за h2 следует брать высоту нижней границы полярного сияния. Приняв среднее значение высоты полярного сияния 100 км, получим, что расстояние прямой видимости до полярного сияния составит примерно 1000 км. Таким образом, возможна радиосвязь между двумя корреспондентами, находящимися на расстоянии не более 1000 км к югу от области полярного сияния.
Для осуществления радиосвязи антенны корреспондентов должны быть ориентированы на область полярных сияний. Авроральная радиосвязь возможна при полярных сияниях средней силы в северо-западном и северо-восточном направлениях. Так, радиолюбители Москвы осуществляют в этих случаях уверенные радиосвязи с радиолюбителями Таллина, Хельсинки, Сыктывкара, Кирова. При сильных полярных сияниях возможна радиосвязь в восточном и западном направлениях (рис. 60). Во время сильной «авроры» 26 марта 1976 г. радиолюбители Москвы осуществляли радиосвязь с радиолюбителями Дании, ФРГ и даже Италии и Чехословакии. В 1979 г. сильные «авроры» наблюдались 13, 19, 25, 27, 29 августа. Ультракоротковолновики устанавливали радиосвязи с Финляндией и Швецией; 29 августа «аврора» спустилась до северных границ Украины, причем отражения были достаточно интенсивными не только на волнах частотой 144 МГц, но и на 430 МГц. Обычно сеансы радиосвязи начинаются в 17—19 ч по местному времени и с перерывами продолжаются до 4—5 ч утра.
Большую работу по наблюдению и обобщению случаев аврорального распространения радиоволн провел москвич мастер спорта С. Бубенников. Он определил зоны возможного приема радиоволн, отраженных от полярных сияний (рис. 60 заимствован из его работы).
Конечно, радиосвязь этого вида легче устанавливается в северных областях. Сведения об установлении радиосвязей типа «аврора» регулярно публикуются на страницах журнала «Радио». Радиолюбители в основном используют диапазон частот 144—146 МГц, однако, появляются сообщения об осуществлении радиосвязей и на частоте 430 МГц.
При этом виде радиосвязи сигнал подвержен сильным замираниям и искажениям, но характер замираний отличается от наблюдаемого при метеорной радиосвязи или при отражении от спорадического слоя Ес: наблюдается так называемый «авроральный фединг».
Для авроральной радиосвязи характерен повышенный уровень шумов, источником которых является сама отражающая область ионосферы.
Для прогнозирования возможности авроральной радиосвязи можно использовать прогноз ионосферно-магнитных бурь, о котором упоминалось ранее.