Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

В завершение своей работы Галилео рассмотрел Млечный Путь, казавшийся древним просто сверкающей лентой на небе, и ему открылось множество далеких звезд. Пазл сложился. Ученый убедился в том, что смены дня и ночи на Земле никак нельзя объяснить вращением Вселенной вместе со звездами и другими планетами — ведь звезды очень далеки, а планеты движутся с разной скоростью, которая зависит от их расстояния до Солнца. Более того, у Земли нет особого статуса — это такой же шар, как и все остальные планеты, которые не являются звездами, что бы там ни говорили греки: свет планет — просто отраженные лучи главной звезды, Солнца, расположенного в центре всей системы.

За 10 лет до смерти Галилей нашел на небе звезду, которая необычно мерцала, а через некоторое время эта звезда вспыхнула и исчезла. Затем последовал арест великого астронома (инквизиторы обвинили его в ереси), заточение в подземелье, допросы, изгнание… А между тем современные ученые считают, что взорвавшаяся звезда, которую Галилей назвал своим именем, превратилась в черную дыру, предсказанную еще Иоанном Богословом в качестве главной причины конца света.

По словам французского астронома Жозефа Луи Лагранжа, Галилео Галилей обладал незаурядным умом, что позволило ему сделать правильные выводы из наблюдаемых природных явлений и сформулировать точные физические законы. Никому из его предшественников это не было под силу.

Как ни странно, волшебные свойства магнита человечество открыло еще несколько тысячелетий назад. Камень, который притягивает железо (то есть магнитный железняк), впервые был найден жителями малоазийского города Магнетия. В I тысячелетии до н. э. китайцы обнаружили, что магнитный брусок, подвешенный на нитке, например, к ветке, разворачивается в северном направлении, и на основе данного наблюдения собрали первый компас. В I в. до н. э. римский философ и поэт Лукреций попробовал дать объяснение поведению магнита: якобы минерал толчками испускает особые магнитные токи, которые и притягивают железные предметы.

Прошло 15 столетий. Началась эпоха великих географически открытий и кругосветных путешествий, и вот тогда моряки заметили, что направление, которое показывает компас, далеко не всегда соответствует географическому северу или югу. В 1492 г., направляясь в Индию, Христофор Колумб запутался в показаниях своего компаса и попал в Америку. Подвело его то, что он не учитывал магнитное склонение — угол между географическим меридианом (линией пересечения плоскости, проходящей через земную ось, с поверхностью Земли) и линией магнитного поля, окружающего планету и управляющего компасной стрелкой.

Через 100 лет испанский историк и географ Хосе де Акоста (1540–1600) вычислил углы склонений, указал на то, что они могут меняться, а также нашел места на земном шаре, где склонения нет вовсе. Такие точки, например Азорские острова, расположены на меридиане, который лежит на плоскости, проходящей сразу через две оси: географическую и магнитную. В связи с этим Акоста акцентировал внимание на несовпадении северного и магнитного полюсов, а вдобавок детально объяснил принцип работы компаса.

На полвека раньше было открыто еще и магнитное наклонение. Автором этой находки стал астроном из Германии Георг Хартманн (1489–1564). Именно он первым заметил, что свободно закрепленная горизонтальная стрелка магнита, попав на плоскость магнитной линии, в Южном полушарии качнется вверх, в Северном — вниз, а на магнитном полюсе примет вертикальное положение.

Однако о том, что наша планета представляет собой гигантский магнит, лишь в 1600 г. заявил британский ученый и придворный лекарь королевской семьи Уильям Гильберт (1544–1603). Ученый создал уменьшенную копию Земли из магнетита и стал экспериментировать, прикладывая к разным зонам шара магнитную стрелку. В итоге стрелка показала все варианты магнитного наклонения: на полюсах встала вертикально, в районе экватора легла горизонтально, а на промежуточных участках накренилась по диагонали. Затем Гильберт измерил склонение на своей «мини-планете» и решил, что причина его возникновения кроется в неровностях земного рельефа и залежах магнитных минералов в недрах континентов.

В 1634 г. лондонский математик и астроном Генри Геллибранд (1597–1637) подтвердил выводы Гильберта о том, что магнитные линии не стоят на одном месте. На основании собственных замеров магнитного поля, проведенных в Лондоне, а также данных других ученых за 1580―1622 гг. Генри заключил: за полвека меридианы сдвинулись на 7°.

В начале XVIII в. стараниями британского физика и астронома Эдмунда Галлея (1656–1742) была выпущена первая карта магнитного поля Земли. В середине столетия ученые смогли объяснить полярное сияние периодическими изменениями силы магнитного поля и направления его линий, хотя испокон веков небесные огни представлялись людям магией, волшебством и божественным знамением. А в XIX в. немецкие физики Карл Фридрих Гаусс (1777–1855) и Вильгельм Вебер (1804–1891) в ходе исследований геомагнетизма (которые проводились одновременно учеными 50 обсерваторий, в том числе Геттингенской) сделали целый ряд новых открытий.

Во-первых, они убедились в гильбертовской теории, согласно которой земной магнит спрятан в самых глубинных недрах планеты. Во-вторых, обнаружили два типа изменений магнитного поля: временные и постоянные. Первые — так называемые магнитные бури — вызываются всплесками активности на Солнце, когда с поверхности светила исходят мощные электромагнитные волны либо потоками извергаются ионы (положительно и отрицательно заряженные атомы) гелия и водорода, а также свободные электроны, которые создают собственное магнитное поле. Атакуя магнитную оболочку Земли, высокоэнергетические ветры словно сдувают ее, и она содрогается — с одной стороны планеты линии прижимаются к поверхности, а с другой вытягиваются. Подчас земная атмосфера насыщается электричеством, и напряженность магнитного поля усиливается.

Что же касается второй группы изменений — они происходят непрерывно, поскольку в земной коре залегают горные породы с магнитными свойствами, которые создают собственные поля, взаимодействующие с основным. Позже исследователи попытались выяснить, откуда же берется это основное поле. Одни предположили, что геомагнетизм создается внутренним земным ядром, состоящим из железа и никеля: эти металлы способны сильно намагничиваться, причем у них множество зон с разнонаправленными полями, которые могли бы образовывать на поверхности Земли бессчетное количество дополнительных полюсов. Недочетом данной версии оказалось то, что при температуре 360 °C никель уже теряет свои свойства (для железа этот порог вдвое выше), тогда как ядро раскалено до 5700 °C.