Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

Из наблюдений сетью станций постепенно стала вырисовываться общая, глобальная картина полярного сияния: сначала на уровне «чаще — реже видно», потом на уровне размазанного изображения, которое получается, когда снимают движущиеся предметы с большей, чем нужно, выдержкой, еще позже был выявлен «мгновенный портрет» всей системы сияний — авроральный овал. Внутри этого кольца полярных сияний — магнитный полюс Земли. Эта черта, если рассматривать сияние как телепередачу из космоса, отражает принцип устройства космического телевизора: он работает на магнитном поле.

Земля потому и располагает своим телевизионным аппаратом для показа репортажей из космоса, что обладает собственным магнитным полем. У ее соседей–планет с этим обстоит по–разному. Значительные магнитные поля есть у Юпитера и Меркурия, и многие процессы вблизи этих планет идут так же, как на Земле. Открыто небольшое магнитное поле у Марса. Из исследованных пока крупных небесных тел Солнечной системы лишь Луна и Венера лишены заметного собственного магнитного поля.

Незримое присутствие магнитного поля Земли люди ощущали давно. В их руках был простенький прибор — компас. Если держать его на ладони, то стрелка, установившись, всегда показывает одно направление. Упрямство стрелки производило впечатление чуда.

«Чудо такого рода, — пишет великий физик А. Эйнштейн в своей «Творческой биографии», — я испытал ребенком 4 или 5 лет, когда мой отец показал мне компас. То, что эта стрелка ведет себя так определенно, никак не подходило к тому роду явлений, которые могли найти себе место в моем неосознанном мире понятий (действие через прикосновение). Я помню еще и сейчас — или мне кажется, что помню, — что этот случай произвел на меня глубокое и длительное впечатление. За вещами должно быть что–то еще, глубоко скрытое».

И здесь же он отмечает, что наука представляется ему в известном смысле как непрерывное бегство от «удивительного», от «чуда».

Научному выявлению магнитного поля нашей планеты помог тот же компас. Он оказался незаменимым при быстром ориентировании в пути. В самом деле, определить направление на север можно, например, по полуденному положению Солнца. Это удается проделать без сложных приборов, просто проследив за движением тени от, скажем, воткнутой в землю палки. Но тень движется из–за суточного вращения Земли. Чтобы ее смещение оказалось достаточно большим, как это необходимо для измерений, нужно по крайней мере несколько часов — время, сравнимое с сутками. В пути, особенно в морском, такое измерение нереально. И люди давно заметили на небе одну–единственную звездочку, Полярную звезду, которая всегда была на одном месте (вернее, почти на одном месте: в науке о Земле все — почти, особенно для современного человека с его точными приборами). Она и помогала держать курс. Но нельзя же двигаться только по ночам, да и то выбирая ясную погоду! Упрямая магнитная стрелка готова была работать всегда, круглосуточно.

Вряд ли мы узнаем когда–нибудь, кто открыл ее чудесное свойство. Самые ранние источники — китайская энциклопедия, составленная между 265 и 419 годами новой эры, а в Европе записки английского монаха Некэма, относящиеся к XII веку, — описывают компас как прибор, уже употребляемый моряками.

Русские использовали компас еще в XV веке. С его помощью они устанавливали свои навигационные знаки — приметные кресты. Таких крестов было очень много на побережье Северного Ледовитого океана. В XVI–XVII веках их видели и описывали западные путешественники. Крестов стало гораздо меньше после 1628 года, когда во исполнение царского приказа «О запрещении морского хода в Мангазею» большая часть крестов была сожжена, «чтоб однолично в Сибирь, в Мангазею, немецкие люди (иностранцы. — Л. А.) водяным путем и сухими дорогами ходу не проискали» — так говорится в отчете непосредственного исполнителя — тобольского воеводы. Эти кресты, сделанные из огромных бревен, своей поперечиной указывают направление магнитной стрелки, а не направление на географический полюс, которое определяется по движению Солнца или звезд (угол между этими направлениями называют углом магнитного склонения).

Что магнитная стрелка отклоняется от географического направления север — юг, китайцы заметили еще в XII веке. Но люди долго не придавали этому значения. Считалось, что магнитную стрелку притягивает Полярная звезда и поэтому стрелка должна указывать на географический полюс, отклонение же ее от этого направления объясняли техническим несовершенством компаса. При недалеких плаваниях это отклонение почти не изменялось, да и ввести на него поправку ничего не стоило.

Всерьез задуматься о причинах такого отклонения пришлось знаменитому Колумбу при обстоятельствах весьма драматических. Он вел свои корабли на запад к берегам еще не открытой Америки. С компасом творилось что–то неладное: угол отклонения его стрелки от направления на Полярную звезду постепенно уменьшался. Потом компас стал указывать точно на нее, и затем стрелка сдвинулась совсем уж в немыслимую сторону! Такое поведение компаса вызывало страх у суеверных моряков. Им хотелось повернуть назад. Назревал бунт. Колумб, решив, что в этих условиях «полезная ложь лучше. вредной правды», незаметно для других повернул картушку — циферблат компаса и объяснил экипажу, что сместилась не магнитная стрелка компаса, а Полярная звезда. Вера моряков в свой компас была так сильна, что им оказалось легче представить себе сдвиг Полярной звезды, чем отклонение стрелки компаса. Они приняли всерьез слова капитана и успокоились. Колумб же стал первооткрывателем переменного магнитного склонения и уже потом — Америки.

Рис. 1. Силовые линии дипольного поля

Этот эффект связан отчасти с несовпадением точек магнитного и географического полюсов нашей планеты — в Северном полушарии расстояние между ними без малого 1600 километров. Осознали это несовпадение не сразу. Человек, введший понятие магнитного полюса Земли, считал, что он совпадает с географическим, а различие в величине магнитного склонения между разными точками на поверхности Земли объясняется расположением материков и океанов: океаны немагнитны, тогда как материки могут быть сложены из магнитных материалов (таких, например, из которых делают магнитные стрелки). Этим человеком был В. Гильберт, ученый и придворный врач английской королевы Елизаветы. В 1600 году вышел его фундаментальный труд по земному магнетизму. Слова «Земля — большой магнит» принадлежат ему.