Полярные сияния являются не только «собственностью» Земли. Напротив, они четко наблюдаются в плазмосферах и других планет - газовых гигантов Юпитера и Сатурна, а также на некоторых их спутниках, окруженных собственными атмосферами.
Юпитерианское полярное сияние имеет ту же природу, что и земное: быстрые электроны, дрейфующие в магнитосфере планеты вдоль силовых линий между полюсами, высыпаются у полюсов в верхние слои атмосферы и вызывают свечение газа. Полярное сияние на Юпитере интенсивнее всего в ультрафиолете, поскольку основные спектральные линии водорода, который доминируют в атмосфере Юпитера, лежат именно в данной части спектра.
Комплексные наблюдения юпитерианских полярных сияний с борта межпланетной автоматической станции «Кассини», пролетающей мимо Юпитера на пути к Сатурну, позволили ученым разработать численные модели полярных сияний, включая эффекты взаимодействия с солнечным ветром.
Исследования последних десятилетий, особенно проведенные с помощью искусственных спутников Земли и ракет, существенно обогатили наши знания о полярных сияниях. Раскрыты некоторые их тайны, а кроме того, накоплен большой фактический материал об окружающем нашу планету пространстве, состоянии межпланетной среды и солнечном излучении, включая потоки заряженных частиц. И тем не менее не все с полярными сияниями ясно.
Сегодня мы еще не можем не только описать это явление количественно, но даже предсказать заранее многие его свойства. Проблема полярных сияний оказалась слишком сложной и многоплановой. Например, до сих пор не ясна связь полярных сияний с погодой. Северяне хорошо знают, что полярные сияния чаще наблюдаются в морозные ночи. Объяснения этому пока нет.
Однако сегодня у исследователей полярных сполохов появились могущественные помощники - геофизические ракеты, искусственные спутники Земли, снабженные самой современной аппаратурой. Приборы, установленные на спутниках, уже дали немало ценнейших сведений о самых высоких слоях земной атмосферы - их химическом составе, строении, плотности и о многом другом. Все это позволило кое-что уточнить в представлениях о природе полярных сияний, что-то пересмотреть, от чего-то полностью отказаться.
Так, новейшие данные, полученные с помощью современных средств исследования, приводят некоторых ученых к предположению о том, что полярные сияния есть следствие взаимодействия ультрафиолетового излучения Солнца с очень разреженным воздухом, который на больших высотах находится в атомарном состоянии. Происходит ионизация воздуха - превращение нейтральных атомов в заряженные ионы. Существование в верхних слоях атмосферы ионосферы, области, хорошо проводящей электричество, уже прочно доказано.
Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы понимаем какое-нибудь физическое явление, является его воссоздание в лабораторных условиях. Это удалось сделать и для полярного сияния - эксперимент, получивший название «Араке», был проведен в свое время совместно российскими и французскими исследователями.
В качестве лабораторий были выбраны две магнитосопряженные точки на поверхности Земли (то есть две точки на одной и той же силовой линии магнитного поля). Ими были -для Южного полушария - французский остров Кергелен в Индийском океане, а для Северного - поселок Согра в Архангельской области. С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определенной высоте создал поток электронов. При движении вдоль магнитной силовой линии от Земли эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой. К сожалению, облака не позволили увидеть его с поверхности Земли, зато радарные установки четко его зарегистрировали.
Эксперименты описанного типа не просто позволяют понять причины и механизм возникновения полярного сияния. Они дают уникальную возможность изучать структуру магнитного поля Земли, процессы в ее ионосфере и влияние этих процессов на погоду вблизи земной поверхности. Особенно удобно выполнять такие эксперименты не с электронами, а с ионами бария. Оказавшись в ионосфере, они возбуждаются солнечным светом и начинают испускать излучение малинового цвета.
В то же время возникают неожиданные корреляции, ждущие своих будущих исследователей, в достаточно необычных процессах. В прошлом появление полярных сияний связывалось с трагическими явлениями в природе и обществе, с предсказанием различных несчастий. Только ли страх перед непонятными явлениями природы лежал в основе этих суеверий? Сейчас хорошо известно, что солнечные ритмы с различными периодами (27 суток, 11 лет и т. д.) влияют на самые разные стороны жизни на Земле. Солнечные и магнитные бури (и связанные с ними полярные сияния) могут вызывать рост различных заболеваний, в том числе заболеваний сердечно-сосудистой системы человека. С солнечными циклами связаны изменения климата на Земле, появление засух и наводнений, землетрясения и т. д. Все это заставляет еще раз серьезно задуматься над старыми суевериями - а может, в них есть рациональное зерно?
Полярные сияния сигнализируют о месте и времени воздействия космоса на земные процессы. Вторжение заряженных частиц, которое их вызывает, влияет на многие стороны нашей жизни. Изменяется содержание озона и электрический потенциал ионосферы, нагрев ионосферной плазмы возбуждает волны в атмосфере. Все это сказывается на погоде. Из-за дополнительной ионизации в ионосфере начинают течь значительные электрические токи, магнитные поля которых искажают магнитное поле Земли, что прямо влияет на здоровье многих людей. Таким образом, через полярные сияния и связанные с ними процессы космос воздействует на окружающую нас природу и ее обитателей.
В эссе «Небесные объекты» А. Кларк писал:
Не приходится сомневаться, что Природа способна создавать «космические корабли», удовлетворяющие самым строгим требованиям - когда она действительно этого желает.
В доказательство этого я процитирую номер «Обсерватории» - журнала, издаваемого ведущей астрономической организацией мира, Королевским астрономическим обществом, - вышедший в мае 1916 года. Дата — 1916 год - важна для понимания нюансов написанного, но событие, о котором пойдет речь, произошло более чем на три десятка лет ранее, ночью 17 ноября 1882 года.
Автор - известный британский астроном Уолтер Маундер, работавший тогда в Гринвичской обсерватории. Его попросили описать самое замечательное зрелище, которое ему довелось увидеть за много лет наблюдений за небом, и он вспомнил, как в ту ноябрьскую ночь 1882 года был на крыше обсерватории, глядя на ночной Лондон, когда «громадный круглый диск зеленоватого цвета внезапно появился низко над горизонтом в направлении восток-северо-восток; он взошел и перемещался по небу так же плавно и равномерно, как Солнце, Луна, звезды и планеты, но в тысячу раз быстрее. Его круглая форма, очевидно, была обусловлена эффектом перспективы, ибо по мере движения он удлинялся, и, когда он пересек меридиан и прошел чуть выше Луны, его форма была близка к очень вытянутому эллипсу, и различные наблюдатели описывали его как сигарообразный, похожий на торпеду... случись это на треть века позже, каждый, без сомнения, нашел бы один и тот же образ - объект был бы точь-в-точь похож на дирижабль.
Напомню, что Маундер написал это в 1916 году, когда дирижабли занимали в сводках новостей место даже более почетное, чем ныне космические корабли.
Сотни наблюдателей по всей Англии и Европе наблюдали этот объект, что позволило получить достаточно точные оценки его высоты, размеров и скорости. Он летел на высоте 133 мили над Землей, двигался со скоростью 10 миль в секунду - и был по крайней мере 50 миль длиной.
Здесь великий английский фантаст как бы делает эффектную паузу и наконец-то задает вопрос: «Что же это было?» В 1882 году еще никто не знал ответа на этот вопрос. Ключ к разгадке подобных явлений был получен лишь в конце сороковых годов ушедшего века советскими метеорологами, которые неоднократно наблюдали подобные объекты во время ионосферных бурь в небе Арктики, сопровождавшихся сильнейшими северными сияниями. В своем эссе Кларк фактически повторяет объяснение, полученное советскими учеными:
Природа с помощью своей электронно-лучевой трубки длиной в 93 000 000 миль может создавать симметричные, четко очерченные объекты, равномерно движущиеся по небу. По-моему, это зрелище было более внушительным, чем какой-то космический корабль, но факты не оставляют места для споров. Наблюдения с помощью спектроскопа подтвердили, что это было лишь полярным сиянием, и по мере своего полета над Европой объект начал медленно распадаться на куски. В космическом кинескопе пропала фокусировка.
