Олег Фейгин - Никола Тесла — повелитель молний. Научное расследование удивительных фактов

Действительно, мы знаем, что полярное сияние — это свечение верхней атмосферы в высоких широтах Северного и Южного полушарий Земли, вызванное энергичными заряженными частицами, вторгающимися в земную магнитосферу на своем пути от Солнца. Известны и основные закономерности проявления полярных сияний: их зависимость от высоты, географического положения, солнечной активности, возмущений магнитного поля Земли и т. д. И все же в настоящее время мы еще не можем не только описать количественно это явление, но и предсказать заранее многие закономерности предстоящего полярного сияния. Проблема полярных сияний оказывается слишком сложной и многоплановой. Например, до сих пор неясна их связь с погодой. Северяне хорошо знают, что полярные сияния чаще наблюдаются в морозные ночи. Объяснения этому пока нет.

Полярное сияние на Юпитере имеет ту же природу, что и на Земле: быстрые электроны, дрейфующие в магнитосфере планеты вдоль силовых линий между полюсами, высыпаются у полюсов в верхние слои атмосферы и вызывают свечение газа. Полярное сияние Юпитера интенсивнее всего в ультрафиолете, поскольку основные спектральные линии водорода, который доминирует в атмосфере Юпитера, лежат именно в данной части спектра.

Природа полярных сияний продолжает волновать ученых. Можно сказать так: внимание к ним растет пропорционально росту наших интересов к процессам, происходящим и в атмосфере Земли, и на Солнце, а также благодаря возросшим техническим возможностям науки. Теперь у исследователей полярных сполохов появились могущественные помощники — геофизические ракеты, искусственные спутники Земли, снабженные самой современной аппаратурой. Приборы, установленные на спутниках, уже дали ученым немало ценнейших сведений о самых высоких слоях земной атмосферы — их химическом составе, строении, плотности и многом другом.

Все это позволило кое-что уточнить в представлениях о природе полярных сияний, что-то пересмотреть, от чего-то полностью отказаться. Идет быстрый процесс углубления знаний, и он еще далек от завершения (см. рис. 59 на вклейке).

Рис. 59.

На рисунке видны окружающие полюс Сатурна кольца ультрафиолетовых полярных сияний. Поднимающиеся более чем на тысячу километров над верхней границей облачного покрова, эти полярные сияния во многом напоминают аналогичные земные явления. Природа сатурнианских сияний связана с потоками энергичных заряженных частиц солнечного ветра, направленных магнитным полем планеты в полярные области, где они начинают активно взаимодействовать с атмосферными газами. На изображении, выполненном в условных цветах, протяженные красные области полярного сияния соответствуют излучению атомарного водорода, белые области связаны с водородными молекулами. Полярные сияния в мощных атмосферах планет газовых гигантов имеют ту же природу, что и в земной плазмосфере. Главные отличия связаны со строением отдельных магнитосфер.

Так, новейшие данные, полученные с помощью современных средств исследования, приводят некоторых ученых к предположению, что полярные сияния — это 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 повторение в лаборатории. Это удалось сделать и для полярного сияния — создать его искусственно в лаборатории с масштабами нашей планеты (см. рис. 60 на вклейке). Данный эксперимент, получивший название «Араке», был проведен в свое время совместно российскими и французскими учеными.

Рис. 60.

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, которая над экватором была уже на расстоянии 20 000 км, эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой. К сожалению, облака не позволили визуально наблюдать это сияние с поверхности Земли. Однако радарные установки четко зарегистрировали его.

Подобные эксперименты описанного типа не просто позволяют понять причины и механизм возникновения полярного сияния. Они дают уникальную возможность изучить структуру магнитного поля Земли, процессы в ее ионосфере и их влияние 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 взаимосвязи, ожидающие своих будущих исследователей, в достаточно необычных вопросах. В самом начале речь шла о том, что в свое время появление полярных сияний связывалось с трагическими явлениями в природе и обществе. Только ли страх перед непонятными впечатляющими явлениями природы лежит 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 количества различных заболеваний, в том числе 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 связью между полярными сияниями и земными катаклизмами и бедами. Может быть, не так и глупы старые представления о такой связи?

Полярные сияния сигнализируют о месте и времени воздействия космоса на земные процессы. Вызывающее их вторжение заряженных частиц 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 влияет на здоровье многих людей. Таким образом, через полярные сияния и связанные с ними процессы космос воздействует на окружающую природу и ее обитателей.