…1242 год. На льду Чудского озера с тевтонскими рыцарями, закованными в железо, яростно сражались воины Александра Невского. В разгар сражения темная северная часть небосвода стала светлеть. Свет был необычный. Как будто где-то за горизонтом зажглась гигантская свеча, пламя которой, колеблемое ветром, вот-вот готово погаснуть. Затем небо прорезал длинный зеленый луч и тут же пропал. Через мгновение над горизонтом появилась светящаяся зеленоватая дуга. Она становилась все ярче и ярче, поднималась все выше и выше. Вдруг из нее вылетел сноп ярких подвижных лучей — красноватых, бледно-зеленых, фиолетовых. Необычный свет озарил снег, воинов…
— Небесное знамение! — заговорили русские, крестясь.
Позднее летописец, описывая «Ледовое побоище», отметил, что многие люди видели в тот день в воздухе полки божьего воинства, которые пришли на помощь Александру и помогали ему в сражении. Восприятие непонятного природного явления, вполне соответствующее XIII веку!
Впрочем, надо ли удивляться? Ведь полярные сияния не могут оставить равнодушным никого из тех, кто не привык к столь красочному, фантастическому зрелищу.
«Небо пылало. Бесконечная прозрачная вуаль покрывала весь небосвод. Какая-то невидимая сила колебала ее. Вся она горела нежным лиловым светом. Кое-где показывались яркие вспышки и тут же бледнели, как будто лишь на мгновение рождались и рассеивались облака, сотканные из одного света… В нескольких местах еще раз вспыхнули лиловые облака. Какую-то долю секунды казалось, что сияние погасло. Но вот длинные лучи, местами собранные в яркие пучки, затрепетали бледно-зеленым светом. Вот они сорвались с места и со всех сторон, быстрые, как молнии, метнулись к зениту. На мгновение замерли, в вышине образовался огромный сплошной венец, затрепетали и потухли». Так описывает полярное сияние советский исследователь Северной Земли Г. А. Ушаков.
Необыкновенно разнообразны формы этого явления! То на небе горят и переливаются зеленым, оранжевым, красным, желтым цветами гигантские дуги, то темный ночной небосвод пронизывают огромные стрелы-лучи, вспыхивающие и угасающие. А порой на нем повисают изумрудно-зеленые, с красной бахромой занавеси-драпри; они колышутся, словно под руками какого-то сказочного великана. Нередко такое сияние охватывает больше половины небесной сферы. И многие часы, то угасая, то разгораясь с новой силой, длится на высоте эта игра многоцветных призраков.
Изучению этого завораживающего, величественного явления природы положил начало Михаил Васильевич Ломоносов. Выходец с берегов Белого моря, он с детства хорошо был знаком с небесными сполохами, как называют на Севере полярные сияния. К ним здесь все привыкли, но кто знает их природу? Загадка не оставляла мыслителя из Холмогор. И ученый ставит специальные опыты.
Ломоносов предположил, что причиной служат электрические разряды в разреженном воздухе. Чтобы убедиться в справедливости своего предположения, он выкачивал воздух из стеклянного шара и пропускал через него электричество.«…Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают, и в то же почти время новые на их место выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется», — записал он.
Позже явления проходимости электрического тока через разреженные газы изучали другие ученые. В опытах применялись стеклянные трубки, запаянные с двух концов. Чтобы пропускать через них электрический ток, с обоих концов впаивались в стекло небольшие электроды; к ним присоединяли провода от источников тока. Пока газ, заключенный в трубке, находился при атмосферном давлении, он не проводил электрического тока — свечение не появлялось. Но стоило создать там разрежение, как от одного электрода к другому возникал поток быстро летящих электрически заряженных частиц, то есть начинал течь электрический ток. При этом появлялось и мерцающее свечение — от столкновений быстро летящих заряженных частиц с оставшимися частичками газа. Такие трубки были названы газосветными.
Но полярные ли сияния были получены в лабораториях ученых?
Опыты с газосветными трубками еще далеко не раскрывали всех особенностей небесных сполохов. Почему, например, они столь крепко «приписаны» к земным полюсам? Какие же именно частицы или лучи вызывают столь красочное свечение воздуха на высоте, да и какова она, эта высота? Наконец, чем объяснить разнообразные, непрестанно изменяющиеся формы этого явления? На все эти вопросы нужно было найти научно обоснованные ответы.
Еще в прошлом веке норвежский физик Биркеланд проводил опыты с копией Земли. Он изготовил маленькое подобие нашей планеты — небольшой шар, который можно было намагничивать. Кроме того, этот шар был покрыт краской, светящейся от ударов электрически заряженных частиц — свободных электронов и ионов. Ученый поместил шар в сосуд с разреженным воздухом и обстрелял его из «ионной пушки» потоком заряженных частиц.
Пока шар не был намагничен, летящие частицы бомбардировали всю поверхность полушария, обращенного к «пушке», и оно равномерно светилось. Но как только шар намагнитили, свечение осталось лишь у его магнитных полюсов.
Таким образом, и этот опыт подтвердил связь полярных сияний с потоком электрических микрочастиц. Показал он и то, что в этом явлении как-то участвуют силы земного магнетизма. Но какие же электрически заряженные частицы могут вызывать в высоких слоях атмосферы полярные сияния?
Поиски ответов на эти вопросы привели ученых к Солнцу. Уже давно было замечено: полярные сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на нашем дневном светиле — наибольшее число пятен. Ведь количество их и размеры в разные годы различны. И примерно через каждые одиннадцать лет бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, и в годы минимума на Солнце месяцами почти не наблюдают пятен.
Вот с этим-то далеким от Земли явлением и оказались наиболее тесно связаны полярные сияния. Установлено, например, что как только большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, — через 20–40 часов на Земле почти всегда начинают играть сполохи, а в атмосфере разражается магнитная буря. При этом резко ухудшается радиосвязь, затрудняется работа телеграфа и телефона, нарушаются правильные показания компаса.
Каков же механизм явления?
Солнце выбрасывает из области солнечных пятен мощные потоки электрически заряженных частиц. Когда они достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, то сталкиваются с частицами газов воздуха (главным образом, азота и кислорода). Атомы и молекулы этих газов начинают испускать свет — рождается полярное сияние. Разыгрываются эти процессы, на высоте примерно от 100 до 800–900 километров, а иногда и выше.
Но почему у полюсов? Да потому, что земной шар является большим магнитом. Как и всякий другой магнит, он окружен полем магнитных сил, а оно влияет на солнечные частицы — отклоняет их к полюсам. Магнитные же полюсы Земли, как известно, находятся вблизи географических.
А игра небесных сполохов, их переливающиеся дуги, вспыхивающие и гаснущие лучи? Предполагают, что они связаны с изменением сил магнитного земного поля и с тем, что поток частиц, идущих от Солнца, неодинаков по своей интенсивности. Однако для более полного объяснения таких явлений, как пульсирующие пятна и дуги, пылающие формы сияний или танец лучей, предстоит еще глубже исследовать электромагнитные свойства разреженного ионизированного газа плазмы.
Вообще изучение полярных сияний дало нам немало ценных сведений о высоких слоях атмосферы, об их химическом составе, строении, плотности, о происходящих там процессах. Исследование этого явления имеет важное практическое значение и для радиосвязи. К тому же выяснение механизма разреженных газов привело к созданию новых источников освещения — ламп дневного света. В последние десятилетия большую помощь здесь оказывают науке искусственные спутники Земли.
Как видим, наука, связанная с жизнью, не довольствуется только объяснением того или иного явления. Раскрывая секреты природы, находя причины и взаимосвязь различных проявлений, она ставит полученные знания на службу человеку.
