Полярные сполохи

В одном из своих стихотворений Михайло Ломоносов писал об этом природном явлении: "Как может быть, чтоб мерзлый пар среди зимы рождал пожар?"

Сполохи - это полярные сияния. Так их называют на нашем Севере. Трудно найти другое явление, столь же красивое и величественное, удивляющее красочной игрой природных сил.

Горят и переливаются зеленым, оранжевым, красным, желтым цветами гигантские дуги-арки; высоко в небе повисают изумрудно-зеленые, с красной бахромой занавеси; вспыхивают и гаснут многоцветные стрелы-лучи. Причудливый свет на небе сверкает подобно пламени, задуваемому ветром.

Нередко сияние охватывает больше чем полнеба. Многие часы, то угасая, то разгораясь, длится фантастическая игра небесных красок.

...Вечер 20 февраля 1950 года мне запомнился на всю жизнь. Я ехал из Москвы на одну из пригородных станций Ярославской железной дороги. Было уже около двенадцати часов ночи. Выйдя из вагона, я остановился, пораженный открывшейся картиной. Вся северная сторона неба была опоясана двумя огромными колыхающимися дугами.

Одна из них - яркая светло-красная, другая - светло-зеленая. Дуги быстро и непрерывно меняли свой вид. Они исчезали и появлялись, меняли место, переливались различными красками, выбрасывали яркие дрожащие лучи.

Так я познакомился с полярным сиянием. На московском небе оно появляется редко. Но в более северных широтах ему не удивляются. Такова неистребимая особенность наших восприятий: редкое, невиданное - значит, что-то таинственное, связанное с чем- то загадочным. Повседневное, не раз виденное - ну, это обычное, не заслуживающее особых раздумий.

Выходец с берегов Белого моря, великий Ломоносов уже в детстве был хорошо знаком с небесными сполохами. К ним здесь все привыкли, но кто знает их?

природу? - эта загадка не оставляет мыслителя из Холмогор. Заманчиво проникнуть в тайну небесных огней! И ученый ставит специальные опыты.

Какие силы вызывают полярные сполохи? 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 шар электричество. Опыты подтвердили догадку ученого. "...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 места выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется", - записал он.

После Ломоносова явление проходимости электрического тока через разреженные газы изучали другие ученые. В опытах применяли стеклянные трубки, запаянные с двух концов. Чтобы пропускать через такую трубку электрический ток, с обоих концов трубки впаивались в стекло небольшие металлические пластинки - электроды; к ним присоединяли провода от источников тока. Пока газ, заключенный в трубке, находился при атмосферном давлении, он не проводил электрического тока - свечения в трубке не появлялось. Но стоило создать в трубке разрежение, как в ней от одного электрода к другому возникал поток быстро летящих электрически заряженных частиц, то есть начинал течь электрический ток. При этом появлялось мерцающее свечение, которое возникает от столкновений быстро летящих заряженных частиц с частичками газа в трубке.

Какого? Сначала это были азот и водород. Позднее стали использовать аргон и неон. Такие трубки были названы газосветными. Различные газы, как известно, светятся в газосветных трубках по-разному: аргон, например, голубым светом, неон - красным.

Так в лабораториях ученых были получены маленькие искусственные полярные сияния. Значит, действительно у этого красочного явления электрическое происхождение.

Однако опыты с газосветными трубками еще далеко не раскрывали всех особенностей небесных сполохов. Почему полярные сияния "приписаны" к земным?

полюсам, Северному и Южному? Какие именно частицы или лучи вызывают свечение воздуха на высоте 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 Землей-игрушкой. 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.

Этот шар ученый поместил 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 ответа на этот вопрос привели ученых к Солнцу.

Уже давно было замечено: полярные сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наибольшее число пятен. Количество их и размеры в разные годы на Солнце различны. Примерно через каждые одиннадцать лет число пятен бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, и в годы минимума на Солнце месяцами не наблюдают ни одного пятна. Вот с этим далеким от Земли явлением и оказались тесно связаны полярные сияния.

Установлен бесспорный факт: как только большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, через 20-40 часов на Земле почти всегда играют сполохи. И в то же время на Земле разражается магнитная буря. Резко ухудшается радиосвязь на коротких волнах. Затрудняется работа телеграфа и телефона. Нарушаются правильные показания компаса.?

Какие же процессы происходят на нашем дневном светиле?

Солнце выбрасывает из области солнечных пятен мощные потоки электрически заряженных частиц - протонов, электронов. Когда они достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, солнечные пришельцы 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 еще 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 полюсы Земли, как известно, находятся вблизи географических полюсов.

В годы, когда Солнце выбрасывает особенно мощные потоки частиц, полярное сияние наблюдают далеко к югу от Северного полюса и к северу - от Южного. Так, в сентябре 1957 года северные сполохи наблюдали жители Астрахани. Необычность и редкость явления в таких широтах и в наши дни вызывает иной раз вспышки суеверия, хотя в полярных сияниях столько же чудесного, сколько в движущемся трамвае. Проходят столетия, а мистические представления об иных природных явлениях, которые чем- то удивляют человека, не умирают. К таким феноменам относится и игра электромагнитных сил в атмосфере Земли.

...1242 год. На льду Чудского озера с тевтонскими рыцарями, закованными в железо, яростно сражались воины Александра Невского. В разгар сечи темная северная часть небосвода вдруг стала светлеть.

Свет был необычайный. 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 воины, крестясь.

Позднее летописец, описывая "Ледовое побоище", отметил, что многие очевидцы 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!

Но вот уже наше время. 1941 год. На глазах жителей Воронежской области разыгрывается полярное сияние, редкое для тех мест. И верующие люди, как и прежде, воспринимают это как чудо. Рассказывая об этом, А. Чернов в своем письме в "Комсомольскую правду" подчеркнул: "Хотя через два-три дня газеты сообщили о редком северном сиянии, распространившемся и на Воронежскую область, этому мало кто поверил". Тут следует уточнить: "мало кто" среди тех, кто верил в надприродные силы.

Полярное сияние - сложное природное явление. Многое еще в этом явлении остается невыясненным, спорным. Но нет сомнений в том, что это красочное явление имеет электрическую природу и связано с процессами, происходящими на Солнце.

А игра небесных сполохов, их переливающиеся дуги, вспыхивающие и гаснущие лучи? Очевидно, они связаны с изменением сил магнитного земного поля и с тем, что поток частиц, идущих от Солнца, неодинаков по своей интенсивности. Однако для более глубокого объяснения таких явлений, как пульсирующие пятна и дуги, как пылающие формы сияний, или танец лучей, необходимо глубже исследовать электромагнитные свойства ионизированного газа - плазмы.

Изучение полярных сияний имеет большое значение; оно уже 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.

В последние десятилетия большую, неоценимую помощь в дальнейшем изучении полярных сияний оказывают науке искусственные спутники Земли. Они уже?

дали много важных сведений о состоянии тех слоев атмосферы, где рождаются полярные сияния.

Наука, связанная с жизнью, не довольствуется только объяснением того или другого явления. Раскрывая секреты природы, находя причины и взаимосвязь различных явлений, она ставит полученные знания на службу человеку. Так и здесь: исследование свечения разреженных газов привело к созданию новых источников освещения - ламп дневного света.