Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы
Автор приводит три гипотезы, которые кажутся ему правдоподобными, но оговаривается, что за достоверность их он ручаться не может.
Одна из них основана на старых космологических представлениях скандинавов, и мы ее трогать не будем. По двум другим полярные сияния — это отблески зашедшего Солнца или свет, который будто бы излучают льды при очень большом морозе. Эти идеи жили, по–видимому, очень долго. Их мы находим полтысячелетия спустя в стихотворении М. В. Ломоносова «Вечернее размышление о божием величестве при случае великого северного сияния»:
Но где ж, натура, твой закон?
С полночных стран встает заря!
Не солнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мещут огнь моря?
Как и «заря–аврора» древних, здесь это уже не гипотезы: они привлечены автором, чтобы дать образ сверкающего в ночи, красочного Севера. Пушкин считал себя учеником Ломоносова, и поэт Ломоносов вспоминается часто только как новатор русского стихосложения: он стоит, по выражению Гоголя, «впереди наших поэтов, как вступление впереди книги». Но есть в его стихах строки, гениальность которых видна даже сквозь славу таких продолжателей, как Пушкин. Стихи Ломоносова на «космические темы» воздействуют на нас подобно музыке, сопровождаемой игрой цвета и переменчивостью тяготения. И такой уж оказалась индивидуальность поэта, что самые поэтические его строки посвящены явлениям природы и науке о них. Это по случаю полярного сияния написаны им головокружительные стихи про ночное небо:
Открылась бездна, звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.
Ломоносов много занимался полярными сияниями. Он пытался рисовать сияния «сколько позволяла скорая Их переменчивость». Эти зарисовки, выгравированные на меди, до сих пор хранятся в Академии наук СССР. Они изображают виденные им отдельные «фигуры» — формы сияний. Но надо сказать, что при великом разнообразии форм сияний наблюдения такого рода мало что проясняют, — вспомним Аристотеля и его малополезную классификацию. Но во время одного из таких редких сияний над Петербургом Михаил Васильевич, «смерив», нашел, что «вышина верхнего края дуги около 420 верст» (то есть около 450 километров). Он установил, что полярные сияния не относятся к явлениям в атмосфере — плотной газовой оболочке Земли, ибо «положение северного сияния выше пределов атмосферы показывает сравнение зари, с ним учиненное» (для Ломоносова не было сомнения, что заря — «не что иное есть, как воздух атмосферный, освещенный от солнца, скрытого горизонтом»).
Теперь эти высоты — выше плотной атмосферы — относят к космическому пространству. Современные космические корабли с космонавтами на борту летают обычно на высоте 200–400 километров. Нижняя граница сияний, как мы теперь знаем, находится от земного наблюдателя на расстоянии 95–100 километров, и чем ярче, сильнее сияние, тем ниже эта граница опускается. По вертикали свечение захватывает сотню–другую километров, однако может достигать и 400–600, а иногда и 1000–1100 километров.
«Что видимое сияние в месте, лишенном воздуха, произведено быть может, в том мы искусством уверены», — писал Ломоносов. «Искусством» были его лабораторные опыты по электрическому разряду в газах. Он проводил их со стеклянными шарами, откуда откачивался, но не полностью, воздух. «Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые в мгновенье ока исчезают, и в то же время новые на их места выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется. В северном сиянии всполохи или лучи… вид подобный имеют», — говорил о своих наблюдениях Ломоносов. Замеченная им аналогия электрического разряда в газе и полярных сияний имеет очень глубокий смысл. Свечение неба при сияниях и свечение воздуха в сосуде с газовым разрядом, так же как и свечение экрана обычного телевизора, с физической точки зрения — это одно и то же явление: свечение вещества при бомбардировке его потоком быстрых заряженных частиц. Разница лишь в том, что именно обеспечивает частицы высокой энергией движения — космический ли процесс или электрическое напряжение, подведенное к электродам установки, и какое именно вещество — воздушный или твердый экран — встречают эти частицы на своем пути.
Мысль об электрической природе полярных сияний была высказана Ломоносовым на заседании конференции Академии наук в 1751 году. Независимо от него и почти одновременно с ним к выводу о близости природы газового разряда и свечения неба при полярных сияниях пришли Ж. Кэнтон в Англии и Б. Франклин в Америке. Примерно в то же время епископ Бергена Э. Понтопидан написал книгу под названием «Первая естественная история Норвегии», в которой был затронут необыкновенно широкий круг вопросов — от месторождений нефти в Северном море до происхождения мух, червей и полярных сияний. Понтопидан также указывал на электрическую природу сияний: по образному сравнению автора, Земля, вращающаяся в межпланетной среде, напоминает крутящуюся сферу в электрофорной машине, а электрические разряды в такой машине соответствуют вспышкам полярных сияний. Повидимому, это первая точка зрения на полярные сияния как на результат взаимоотношений Земли и окружающей ее межпланетной среды. Нам еще много предстоит говорить об этих взаимоотношениях. С космосом связывала полярные сияния и замечательная экспериментальная работа французского ученого Ж. де Мерана, относящаяся к 1733 году. Он обнаружил статистическую связь явлений на Солнце и на Земле: среднее число крупных полярных сияний соответствовало среднему числу солнечных пятен! Этот факт оказался фундаментальным для современной нам науки о полярных сияниях. Но, опираясь на него, нельзя забывать слово «среднее»: эта закономерность существует только, как говорят физики, в среднем. Если же рассматривать причинно–следственную связь, то закономерность размывается: утверждение, что у каждого сияния есть прямая солнечная причина, о которой можно судить по числу солнечных пятен, неверно. Чтобы не пускаться сейчас в детали, я просто сошлюсь на газетные заметки о попытках чисто наземными средствами спровоцировать полярные сияния.
Насколько продвинуло науку выявление электрической природы сияний и их космического происхождения, видно по такому факту. Практически в то же время, в 1733 году, вышла работа шведского физика и астронома А. Цельсия — имя его известно всем благодаря предложенной им шкале температур. И работа эта была написана с позиции идеи, что полярные сияния представляют собой отблески горных вершин!
Впрочем, автор не особенно настаивал на своей трактовке, поскольку вообще считал существовавшие тогда гипотезы легковесными. Он утверждал, что «гораздо полезнее оставить после себя потомкам правильные наблюдения, Чем легко опровергаемые теории», и призывал ученых сосредоточить внимание на тщательных наблюдениях. Ему многим обязана наука о полярных сияниях. К истине этот исследователь шел своим путем: он настойчиво добивался создания разветвленной сети станций, на которых можно было бы вести одновременные наблюдения за полярными сияниями. Ему удалось организовать ее, но он не дожил до того времени, когда его дело стало приносить весомые плоды.
Из наблюдений сетью станций постепенно стала вырисовываться общая, глобальная картина полярного сияния: сначала на уровне «чаще — реже видно», потом на уровне размазанного изображения, которое получается, когда снимают движущиеся предметы с большей, чем нужно, выдержкой, еще позже был выявлен «мгновенный портрет» всей системы сияний — авроральный овал. Внутри этого кольца полярных сияний — магнитный полюс Земли. Эта черта, если рассматривать сияние как телепередачу из космоса, отражает принцип устройства космического телевизора: он работает на магнитном поле.
Земля потому и располагает своим телевизионным аппаратом для показа репортажей из космоса, что обладает собственным магнитным полем. У ее соседей–планет с этим обстоит по–разному. Значительные магнитные поля есть у Юпитера и Меркурия, и многие процессы вблизи этих планет идут так же, как на Земле. Открыто небольшое магнитное поле у Марса. Из исследованных пока крупных небесных тел Солнечной системы лишь Луна и Венера лишены заметного собственного магнитного поля.
3. Полярная звезда и маленькие упрямые стрелки
Ориентация стрелки не зависела от того,
кто ее подвешивал, его уровня
образования, религиозных убеждений
и характера, от высоты места,
от времени или погоды.
Е. Паркер. Космические магнитные поляНезримое присутствие магнитного поля Земли люди ощущали давно. В их руках был простенький прибор — компас. Если держать его на ладони, то стрелка, установившись, всегда показывает одно направление. Упрямство стрелки производило впечатление чуда.
