Таким видел полярное сияние исследователь Северной Земли Г.А. Ушаков.
Северян, исконных жителей Заполярья, сполохами не удивишь. Там северные сияния – привычное явление. Но оставаться равнодушным при виде этой величественной картины трудно все-таки кому бы то ни было. А труднее всего тому, кто любознателен, кто хочет знать истину. Таким был и наш великий Ломоносов. «Как может быть, чтоб мерзлый пар среди зимы рождал пожар?» – вопрошал он в одном из своих «научно-популярных» стихотворений. И этот вопрос преследовал его с детства – с тех самых пор, когда он был еще «мальчиком из Холмогор» и не раз восхищался зрелищем полярного сияния.
Ломоносов предположил, что причиной полярных сияний служат электрические разряды в разреженном воздухе. Чтобы убедиться в справедливости своего предположения, он выкачивал воздух из стеклянного шара и пропускал через шар 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 месте выскакивают, так что беспрерывное блистанье быть кажется», – записал он.
Спустя столетие явление проходимости электрического тока через разреженные газы изучали другие ученые. В опытах применяли стеклянные трубки, запаянные с двух концов. Чтобы пропускать через них электричество, в трубки с обоих концов впаивали небольшие металлические пластинки – электроды, к которым присоединяли провода от источника тока.
Пока газ в трубке находился при обычном атмосферном давлении, он электрического тока не проводил – свечения не было. Но стоило создать в трубке разрежение, как в ней появлялось свечение – результат столкновения быстро летящих заряженных частиц с молекулами оставшегося в трубке газа. Какого? Сначала это был азот и водород. Позднее ученые стали экспериментировать с аргоном и неоном – так появились газосветные трубки-светильники, их стали применять для оформления реклам. Различные газы светятся по-разному: аргон, например, голубым светом, неон – красным.
Так в лабораториях ученые получили маленькие полярные сияния, однако они не дали полного ответа на вопрос, который волновал Ломоносова. Действительно, говоря словами Ломоносова, «беспрерывное блистанье быть кажется», когда «возбужденная электрическая сила… внезапные лучи испускает» в трубке или шаре, в которых создан частичный вакуум. Но почему полярные сияния «приписаны» к полюсам нашей планеты – Северному и Южному? И чем объяснить разнообразные непрестанно изменяющиеся формы этого явления?
Постановщик спектакля – Солнце
В прошлом веке норвежский физик Биркеланд поставил интересный опыт. Он изготовил маленькую модель нашей Земли – шар, который можно было намагничивать. Кроме того, он был покрыт краской, которая от ударов заряженных частиц начинала светиться. 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 ионной пушке, и оно равномерно светилось. Но когда шар намагнитили, свечение появилось только у его магнитных полюсов.
Опыт подтверждал связь полярных сияний с потоком электрических частиц. 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, откуда они берутся?
Было известно: сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наблюдается наибольшее число пятен. Количество их и размеры в разные годы различны. Примерно через каждые одиннадцать лет число пятен бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, и в годы минимума на Солнце месяцами их почти не наблюдают.
Ученые установили прямую связь земных сполохов с пятнами на Солнце. Отмечено, что, когда большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, на Земле через 20…40 часов почти всегда начинают играть сполохи и разражается магнитная буря. Она резко ухудшает радиосвязь на коротких волнах, вносит сумятицу в работу телеграфа и телефона. Показания компаса становятся неточными.
В солнечных недрах, где царит температура, достигающая многих миллионов градусов по Цельсию, происходят сложные реакции на ядерном уровне. Тепло, которое обогревает нашу планету, – следствие этих реакций. Но не только тепло излучает наше светило в мировое пространство – из области солнечных пятен выбрасываются еще потоки частиц, включая положительно заряженные протоны и отрицательно заряженные электроны. Когда протоны и электроны достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, они, как и в газоразрядной трубке, сталкиваются с атомами и молекулами воздуха, главным образом азота и кислорода, и заставляют их светиться. Так возникают полярные сияния в естественных условиях. Происходит все это на высоте примерно от восьмидесяти до тысячи и более километров над поверхностью Земли.
А почему у полюсов?
Да потому, что наша планета – это огромный природный магнит со своим полем, настолько мощным, что оно способно отклонять потоки частиц, летящих от Солнца, к магнитным полюсам, которые ныне находятся вблизи географических полюсов планеты.