Так, во время крупнейшей ионосферной бури очередного солнечного максимума, длившейся более суток, полярные сияния наблюдались даже в Москве. При этом энергия, выделившаяся тогда в магнитосфере Земли, составила эквивалент энергии взрыва ста мегатонн тротила. Несомненно, что изобретатель догадывался о скрытой мощи ионосферных ураганов и всячески пытался воздействовать на них с помощью своего метода электрического резонанса.
Надо сказать, что именно ионосферные исследования Теслы подтолкнули в свое время известного фантаста Фредерика Вильяма Брауна к созданию оригинального рассказа «Волновики». В нем повествуется о новой «полевой» форме жизни, проявляющей себя в виде электромагнитных волн радиодиапазона. А рассказал Брауну о странных опытах «повелителя молний» молодой журналист Кеннет Свизи. Беседуя с Брауном, Свизи поведал об одной очень экстравагантной идее Теслы, предполагавшего, что в насыщенной электричеством среде верхних слоев земной атмосферы вполне может существовать особая «радиоэлектрическая жизнь».
Финал произведения построен в трагикомическом ключе, характерном для творчества фантаста-юмориста. Оказывается, что космические Волновики (так зовут пришельцев из ионосферы) питаются искусственным и атмосферным электричеством. Это быстро приводит к исчезновению бытовой и промышленной электроэнергии, пропадают молнии… ну а история человечества возвращается в век пара!
Но так ли уж легко могут преодолеть космические электромагнитные колебания толщу ионосферы?
Тесла считал это непростым вопросом, жизненно важным для дальнейшего развития радиовещания. Он допускал, что в приповерхностном слое — тропосфере — воздух представляет собой смесь нейтральных молекул различных газов (в основном азота, кислорода и углекислого газа). Следовательно, если нас окружает сухой воздух, то его можно считать хорошим изолятором.
Иначе обстоит дело в глубинах ионосферы, думал изобретатель. Там воздушная среда вполне способна проводить электрический ток, поскольку вместо нейтральных молекул и атомов она содержит «электрокорпускулы» (электроны и ионы). Вспомним, что понятие ионов как положительно или отрицательно заряженных частиц возникло гораздо позже первых моделей «атмосферного электричества» Теслы. Тем не менее великий изобретатель правильно ухватил суть дела, считая, что корпускулы электричества должны возникать под воздействием каких-либо внешних факторов из первичных нейтральных атомов и молекул.
Тесла полагал и считал это очень важным обстоятельством, что молекулы воздуха на всем протяжении стратосферы находятся в постоянно сложном движении. Потоком этого непрекращающегося движения должны быть захвачены и электрические корпускулы, т. е. ионы с электронами. Единственно, до чего не дошел изобретатель в своих рассуждениях, — это до анализа баланса противоположных процессов ионизации и нейтрализации, — рекомбинации, — идущих с различной скоростью на разных высотах.
Вот как описывает это видный советский радиофизик Ф.И. Честнов:
«Представьте себе толпу, в которой каждый человек торопится в нужном ему направлении. Люди будут сталкиваться друг с другом почти на каждом шагу. Но вот толпа поредела, стало свободнее; теперь уже столкновение — редкий случай. Примерно то же мы будем наблюдать и в мире молекул.
Вот мы спускаемся ниже и попадаем в более плотные слои. Частицы воздуха здесь гуще, значит, столкновения происходят чаще, и рекомбинация идет быстрее. Поднимаемся выше, в разреженные слои: столкновения частиц становятся реже, а воссоединение ионов и электронов в нейтральные молекулы идет очень медленно.
Что же произойдет, если действие ионизирующего излучения в верхней атмосфере прекратится? Очевидно, электроны снова «вернутся на свои места», ионизированные частицы в конце концов станут нейтральными, а свободные заряды постепенно исчезнут, и воздух потеряет электрическую проводимость.
Если же ионизирующее излучение будет действовать постоянно и с неизменной силой, то появление новых свободных электронов уравновесит их убыль — насыщенность воздуха свободными зарядами меняться не будет».
Именно так возникают замечательные по своей красоте полярные сияния (auroras borealis — по-латыни), давшие свое название этому удивительному природному феномену. Конечно, поверхность Земли не самое лучшее место для наблюдения за полярными сияниями: во-первых, почти всегда их надо наблюдать ночью, когда не мешает солнце, во-вторых, наблюдениям могут помешать облака. Поэтому Тесла предполагал приспособить для наблюдений ионосферных вспышек свои автоматические самолеты, оснащенные фотографической аппаратурой и питаемые волнами «резонансной электроэнергии».
Вопрос об аналогии между полярными сияниями и газовым разрядом всегда волновал изобретателя, тем более что с многочисленными проявлениями его следствий он встречался на каждом шагу в своей лаборатории, насыщенной волнами электричества. Тесла догадывался, что некоторые его исследования подсказывают, что такая аналогия не ограничивается только элементарными актами генерации корпускулярного электричества (ионизации и возбуждения атомов) энергичными частицами, которые происходят и в газовом разряде, и в полярных сияниях.
В позапрошлом веке норвежский физик Бирке-ланд поставил интересный опыт. Он изготовил маленькую модель нашей Земли — шар, который можно было намагничивать. Кроме того, шар был покрыт краской, которая от ударов заряженных частиц начинала светиться.
Тесла повторил эксперимент Биркеланда на новом качественном уровне. 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.
Этот наглядный опыт еще раз подтвердил четкую связь между полярными сияниями и облучением 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?
Тесле было известно из астрономической литературы, что полярные 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. Он также знал, что ученые установили прямую связь земных сполохов с пятнами на Солнце. Отмечено, что когда большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, на Земле через сутки-двое 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.
Все это позволило изобретателю дополнить и развить свою модель атмосферного электричества на феноменологическом уровне. На основе рассуждений и интерпретации своих опытов Тесла вывел, что когда корпускулы солнечного ветра (протоны и электроны) достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, они, как и в лабораторной газоразрядной трубке, сталкиваются с частицами (атомами и молекулами) воздуха (главным образом азота и кислорода) и заставляют их светиться. Так, по модели Теслы, и возникают полярные сияния в естественных условиях. Изобретатель считал, что все это происходит где-то на высоте тысячи километров над поверхностью Земли. В своих выводах он опирался на результаты модельных экспериментов, в которых наша планета представала в виде огромного природного магнита со своим полем, настолько мощным, что оно способно отклонять потоки частиц, летящих от Солнца, к своим магнитным полюсам.
Развивая свою теорию солнечно-земных связей, Тесла понял, что кроме лучистой энергии Солнце должно выбрасывать в пространство огромное количество материальных частиц, так называемых корпускул (не путать с корпускулами электричества — электронами!). Эти «унитарные крошки тела нашего великолепного светила» на самом деле представляют собой смесь электронов, протонов и ионизированных атомов различных элементов, входящих в состав раскаленной солнечной атмосферы. Пролетая огромное расстояние, они достигают Земли и довольно глубоко проникают в верхние слои атмосферы (ионосферу). По Тесле, именно этот «обстрел» Земли мельчайшими частицами, летящими с Солнца, «являл собой важный дополнительный канал электризации высотной воздушной смеси», попросту говоря — еще один источник ионизации.
С точки зрения современной науки эти частицы летят с очень большой скоростью, обладая в силу своей сравнительно большой массы значительной энергией. Встречая на своем пути атомы, молекулы и ионы верхней стратосферы, корпускулы эффективно изменяют их зарядное состояние, активно участвуя в актах ионизации и рекомбинации. Силовые линии магнитного поля Земли меняются не только в радиальном направлении, но они к тому же и изогнуты, это также влияет на движение заряженных частиц. В результате электроны и протоны начинают дрейфовать в противоположных направлениях (на восток или запад). Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, стекают в область полюсов, где достигают плотных слоев атмосферы, производя ионизацию и возбуждение атомов и молекул газов. Возбужденные атомы испускают энергию в виде света. Нечто подобное наблюдается в газовом разряде при пропускании через газ электрического тока.
