Несмотря на всю кажущуюся необычность этого явления, оно довольно давно нашло естественное объяснение: такие огни – тихие электрические разряды в атмосфере. Наблюдают их чаще всего во время гроз, снежных бурь, шквалов, когда в облаках и на поверхности земли накапливается большое количество электричества. Наша планета окружена электрическим полем, подобным тому, какое образуется вокруг любого заряженного электричеством тела. В большинстве случаев воздух заряжен положительно, а земля отрицательно. Возникновение электрического поля в нижних слоях атмосферы происходит главным образом за счет ионизации воздуха. Обычные молнии сопровождаются оглушительным треском – громом, ведь молния – это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов, различное по продолжительности. В принципе это тот же разряд, но только «тихий», специалисты называют его коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне. При таком разряде из различных острых выступов – шпилей, башен, высоких шестов, деревьев, корабельных мачт и т.д. – начинают выскакивать одна за другой маленькие электрические искры. Если искр много и процесс длится более или менее продолжительно, мы и видим бледно-голубоватое сияние, похожее на язычки пламени.
В XVIII веке в Италии по коронным разрядам узнавали о приближении грозы. В одном из замков в землю было воткнуто копье, и стражник время от времени подносил к его верхушке свою алебарду; если между копьем и алебардой начинали проскакивать искры, стражник звонил в колокол, предупреждал жителей о ненастье.
В декабре 1957 года интересное явление, связанное с коронным разрядом, наблюдали рыболовы на Плещеевом озере под Переславлем-Залесским. Рассказывают, что событие развивалось так. Солнце давно уже село, шел мокрый снег при почти нулевой температуре, но рыбаки не покидали своих лунок. Когда один из них поднял над лункой свою удочку, ее конец вспыхнул вдруг голубовато-белым огоньком. Это было так неожиданно и столь впечатляюще, что рыбак подумал: «Удочка загорелась!» – и инстинктивно «потушил» огонь другой рукой в варежке. И только потом сообразил, что удочка никак не могла загореться. Тогда он попросил других рыбаков тоже поднять свои удочки – почти на всех появились злополучные огоньки, которые исчезали, когда к удочкам подносили руку и тем более касались их…
Ионизация атмосферы в верхних слоях обычно выше, чем в нижних. Поэтому потенциальные электрические поля в горах обладают значительно большей интенсивностью, чем на равнинах. И огни Эльма в горных районах наблюдаются чаще.
Как-то альпинисты штурмовали одну из вершин Тянь-Шаня. Внезапно надвинулась туча, и разразилась гроза.
– Смотрите, у него горят волосы! – крикнул альпинист, показывая на товарища рядом.
– У тебя самого тоже! – ответили ему. Оказалось, что волосы светились у всех, кто был без шапки. А когда кто-то снял шапку, волосы будто потянулись за ней, испуская голубые искорки. Что – волосы! Искрились ледорубы, фотоаппараты, металлические пуговицы. И все это шипело, как самовар, когда вода в нем собирается закипеть.
Но вот гроза стихла, и свечение исчезло. Американский метеоролог Хэмфри, наблюдавший огни Эльма на своем ранчо, свидетельствует: это явление природы, «превращая каждого быка в чудище с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъестественного».
Это говорит человек, который по самому своему положению не способен, казалось бы, удивляться подобным вещам, а должен принимать их без лишних эмоций, опираясь только на здравый смысл. Можно смело утверждать, что и ныне, несмотря на господство, – далеко, правда, не повсеместное, – естественнонаучного мировоззрения, найдутся люди, которые, окажись они в положении Хэмфри, увидели бы в огненных бычьих рогах нечто неподвластное разуму. О средневековье и говорить нечего: тогда в тех же рогах усмотрели бы, скорее всего, происки сатаны.
Чтоб мерзлый пар… рождал пожар?»
Вечер 20 февраля 1950 года навсегда, видно, останется в моей памяти. Я ехал из Москвы на одну из пригородных станций Ярославской железной дороги. Было уже около полуночи.
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 – то исчезали, появлялись, меняли место, переливались различными красками, выбрасывали яркие дрожащие лучи. Это было полярное сияние. На московском небе оно появляется редко, особенно такое яркое, как было в феврале 1950 года. Сполохи – так его называют иногда у нас на Севере – играли на небе несколько часов.
Мало есть в природе явлений, способных сравниться по красоте с полярными сияниями!
«…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».
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?
