Для нас, жителей северных мест, полярные сияния не столь редкие явления. Они часто бывают и над Ленинградом, лишь наше нелюбопытство да блеск уличных фонарей мешают горожанам насладиться роскошным зрелищем.
Полярные сияния знакомы людям с давних времен. В Новгородской летописи (Архивной) под датой 23 сентября 1552 года описывается полярное сияние без всяких намеков на чудесное его происхождение: «Столб восхожаху, из них же сияние, аки солнечные лучи, и явись на небеси пламя колебашеся, яко вода морская симо и овамо на много час, и от пламени того бысть светло, аки от лучи». И не только в северных районах видели люди в прошедшне годы полярное сияние. Конечно, чем южнее или чем ближе к экватору велись наблюдения, тем реже удавалось видеть это явление и тем больше чудесного вкладывали в него наблюдавшие,
12 января 1589 года вспыхнуло небо бесшумным пожаром над Парижем. Страшное, невиданное явление поразило французов. В стране и так было неспокойно. А тут… Парижане вспомнили майское восстание, вошедшее в историю под названием «Дня баррикад». Король бежал из столицы, и город оказался в руках Парижской лиги. Гизы предали восставших, по приказу короля Генрих Гиз был убит в Блуа. А потом, когда к Парижу подошли войска короля Генриха III, доминиканский монах Жак Клеман, подосланный Католической лигой, заколол последнего Валуа кинжалом. Все эти события недавних дней увидели прорицатели на охваченном сполохами небе. Одни различали среди огня отряды конницы, готовой квнуться в битву, другие видели вооруженных рыцарей, третьи — поверженных вниз головами рыб — символы христианства…
В Северной Европе к полярным сияниям относились спокойнее. «На пазорях матка дурит», — говорили русские поморы, тесно связывая беспокойное поведение компасной стрелки со сполохами. Пазорями называли они сияния, маткой — компас. Не по причине ли частых магнитных возмущений в этих краях устанавливали поморы на побережье Студеного моря кресты из тяжелых бревен? Поперечины этих навигационных знаков указывали точно на магнитный полюс… Потом кресты по указанию царскому срубили и сожгли. Это было время, когда после Столбовского мира в 1617 году со Швецией пришлось России уступить северному соседу Ингрию и Карелию, то есть отказаться от побережья Финского залива. И чтобы «однолично в Сибирь, в Мангазею немецкие люди водяным путем и сухими дорогами ходу не проискали», срубили те кресты. Остались о них лишь воспоминания.
А вот что рассказывает летчик-космонавт Г. М. Гречко, наблюдавший полярное сияние с борта космического корабля: «Тысячи прожекторов выстроились в такие извилистые линии над Америкой и били вверх… У Земли — были зеленого цвета. Сквозь них проходили и выше уходили — красного цвета. Тысячи их там переливались огнями. Внизу — города, вокруг — бьют вот эти прожекторы на высоту 400-500 километров, и мы сквозь эти завесы проходили. Фантастическое совершенно зрелище. За два с половиной месяца полета мы такого еще не видели и вряд ли увидим».
Что же из себя представляют полярные сияния? Знакомые людям с древности, эти явления только в наши дни получили правильное и достаточно полное объяснение. Но для того, чтобы к нему прийти, понадобилась долгая кропотливая работа многих выдающихся ученых. В ней было много гипотез, частью ошибочных, частью неполных. Были и откровенные заблуждения. Лишь после длительного процесса исследований истина победила.

Геомагнетизм. XX век
Гильберт был уверен, что вся Земля состоит из магнитного камня. Так ли это? Можно составить длинный перечень гипотез, предложенных для выяснения земного магнетизма. Причем ученые разбирали этот вопрос, не зная по сути дела ответа на главное: почему магнит — магнит?
Гипотезы о происхождении земного магнетизма грубо можно разделить на две части: первая связана е космическим влиянием, вторая — чисто земная. Значительно позже, уже в наше время, богатое компромиссами, появилась третья группа гипотез, согласно которым геомагнетизм и магнетизм вообще есть универсальное св0йство:материи, находящейся в движений.
В современной космогонии отсчет времени жизни космогонической гипотезы с участием электромагнитных сил ведется обычно от 1912 года. Именно тогда известный астроном К. Биркеланд попытался серьезно ввести в механизм образования Солнечной системы эти силы. Поскольку первоначальная туманность должна была во что бы то ни стало состоять из смеси заряженных частиц, Солнце вполне могло сыграть роль «сепаратора» и распределить бестолково летающий вокруг него рой частиц по слоям или кольцам.
Правда, тогда все планеты по своему составу, должны резко отличаться не только друг от друга, но и от оставшихся обломков, залетающих к нам на Землю в виде метеоритов. Между тем метеориты, падающие на Землю, почему-то имеют очень сходный с нею состав… Нет, похоже, что-то в гипотезе Биркеланда оказалось недодуманным.
После окончания второй мировой войны шведский астрофизик Ханнес Альфвен развил предположения, высказанные Биркеландом в начале века. Он предста вил, что туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных частиц, а Солнце обладало сильным магнитным полем. Под действием излучения Солнца и собственных столкновений атомы ионизировались. При этом ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращающийся момент, передавая его газовому облаку.
Правда, и в этом случае атомы более легких элементов ионизировались бы вблизи Солнца, а атомы тяжелых элементов — дальше. Следовательно, и ближайшие к Солнцу планеты должны бы Состоять из наилегчайших элементов, то есть из водорода и гелия, а более отдаленные — содержать железо и никель… Увы, астрономические наблюдения настойчиво говорят об обратном!
Электромагнитные силы должны были играть важную роль в формировании планетной системы, но какую? И вот английский астроном Фред Хойл разрабатывает новый вариант гипотезы…
Сначала, как и полагалось, в недрах огромной туманности, изначально обладавшей магнитным полем, зародилось Солнце. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, похожей на диск. Этот диск постепенно разгонялся, забирая движение у центрального светила. Солнце постепенно притормаживалось. Момент количества движения перешел в основном к диску, в котором образовались позже планеты.
Хойл считал, что момент от Солнца передавался не всем частицам туманности одинаково, а в основном газообразным, которые легче превращались в ионы. В своей работе ученый так и пишет: «Приобретая момент количества движения, планетное вещество удалялось от солнечного сгущения. Нелетучие вещества конденсировались и отставали от движущегося наружу газа. Именно с этим процессом связан тот факт, что планеты земной группы: 1. Имеют малые массы. 2. Почти полностью состоят из нелетучих веществ. 3. Находятся во внутренней части системы».
Подобный механизм, по мнению Хойла, создавал условия для существования возле Солнца некой каменно-железной зоны, которая в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера переходила в область, где, напротив, преобладали вода и аммиак, а дальше… Дальше планеты должны были состоять из веществ еще более легких, чем составные части Юпитера и Сатурна. И вот тут-то получался «прокол», ибо плотность вещества Урана и Нептуна снова растет!
Нет, что и говорить, желание привлечь к образованию Солнечной системы электрические и магнитные силы вполне похвально, но доводы пока не очень убедительны. Следует признать, что даже частичное привлечение электрических и магнитных сил в качестве созидающих при образовании солнечного семейства надежд не оправдало. Здесь еще предстоит работать.
Нельзя не обратить внимания на то, что мы как бы кружим и кружим вокруг этой проблемы, уходим от нее в межпланетное пространство, изучаем магнитные свойства звезд… А причину возникновения магнитного поля собственной Земли так и не знаем.
После работ Эрстеда и Ампера, связавших магнитное поле с электрическим током, исследователи стали искать электрический ток в теле Земли. Кое-кто из исследователей-экспериментаторов. пытался закапывать металлические пластины глубоко в землю и соединять их друг с другом проволокой через гальванометр. При этом бывало, что прибор даже показывал ток. Но какой? Он был ничтожен по величине, и каждыми раз менялся по направлению. Да и непонятно было, отчего ток возникает. Электрический ток — это упорядоченное движение зарядов. Но что способствует накапливанию зарядов в недрах Земли?
Может быть, стоит предположить, что земной шар заряжают молнии? Но и тут расчеты показывали, что грозы не в состоянии поддержать магнитное поле Земли, Его источник следовало искать в недрах, и только в недрах.
В начале XX столетия возникла идея о самонамагничивании Земли. Именно тогда из опытов английского ученого Эрнста Резерфорда стало известно новое строение атомов. Электроны, как волчки, крутились вокруг своих осей и облетали атомное ядро, подобно планетам солнечной системы.
Сразу возникло несколько интересных гипотез, которые основывались на предположении о жидком состоянии земного ядра, состоящего из вещества, хорошо проводящего электрический ток. В таком случае в массе расплавленного металла неизбежны течения, а следовательно, разделение токов, которые должны были намагничивать Землю,
Но для победы этих взглядов не хватало единого мнения геологов и геофизиков в вопросе о состоянии земного ядра. Многие считали его твердым. Конечно, вот если бы сравнить Землю с другими планетами… Но «год спутника» еще не наступил.
Профессор Кембриджского университета и член Лондонского королевского общества Артур Шустер высказал как-то идею: не является ли магнетизм просто свойством всякого вращающегося тела? За разработку этой гипотезы взялся выдающийся русский физик-экспериментатор Петр Николаевич Лебедев, работавший в Московском университете. Он придумал остроумный опыт, изобрел и построил чувствительные приборы, но… результат был нулевым. Тем не менее в статье, описывающей поставленный эксперимент, Лебедев высказал достаточно оптимистические надежды на будущее.
Ученые задумались: а что, если попробовать проделать такой эксперимент — взять металлический стержень и начать его быстро вращать вокруг оси? Согласно законам механики все волчки-электроны немедленно повернутся своими осями в одну сторону, и стержень должен оказаться намагниченным.
В 1919 году американский физик Сэмуел Барнетт поставил описанный опыт и простым вращением нагмагнитил железный стержень! Казалось, все доказано. Разве это не подходящая модель для Земли? С ее-то запасами магнитных металлов внутри?
Увы, и эта модель не выдержала проверки. Зная скорость вращения планеты и распределение в ней магнитных материалов, геофизики сосчитали, что поле должно быть в десять миллиардов раз меньше имеющегося. Опять неудача!
В 1947 году основательно подзабытая гипотеза о самонамагничивании всплывает вновь. Профессор Манчестерского университета Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, член Лондонского королевского общества, многих других академий наук, в том числе иностранный член АН СССР и лауреат Нобелевской премии, высказывает предположение, что появление магнитного поля вокруг вращающегося тела — закон природы. Он даже выводит теоретическую формулу, позволяющую рассчитать зависимость магнитного поля от вращения тела. И решает поставить эксперимент…
На свободном пространстве в приличном удалении от источников посторонних магнитных полей возводится экспериментальное здание. Строго говоря — это был сарай, собранный без применения железных гвоздей и деталей. Ночью с известными предосторожностями и под охраной к сараю привезли двадцатикилограммовый металлический цилиндр, тускло отсвечивающий желтым цветом. Золото! Да, он был из чистого золота, поскольку это заведомо немагнитный материал.
Блэкетт рассуждал так: двигаясь вместе с Землей, цилиндр из немагнитного металла должен приобрести свое магнитное поле, если… если его предположение верно. Увы, чувствительнейший магнитометр ожидаемого эффекта не показал. Может быть, стоило заставить цилиндр вращаться? Но на Земле наступил космический век, и астрофизики получили новые возможности для проверки старых гипотез.
Космические аппараты совершили настоящую революцию в таких представлениях. Оказалось, что Солнце — источник постоянной межпланетной плазмы, получившей название солнечного ветра. И когда эта плазма взаимодействует с магнитным полем Земли (и других планет), то в околопланетном пространстве возникают своеобразные магнитные полости, которые назвала магнитосферами.
Сегодня мы знаем, что все небесные тела Солнечной системы обладают магнитными свойствами. Одни имеют собственные дипольные поля плюс к магнитным полям потоков солнечного ветра, другие собственных магнитных полей не имеют, но поток солнечной плазмы создает около них локальные магнитные поля, которые можно приближенно, считать наведенными магнитосферами.
Советские автоматические станции опустились на Луну. Если принять на вооружение гипотезу жидкого металлического ядра, то у Луны, у которой такого ядра быть не могло, не должно быть и собственного магниного поля… Так оно и оказалось, наши автоматы это подтвердили. А тем временем стала накапливаться данные и о магнитных полях других планет. Ученые обнаружили, что за время своей жизни наша Земли не раз меняла полярность своего магнитного поля.
Так почему же Земля все-таки магнит? Вопрос не праздный. Магнитное поле нашей планеты отклоняет в полярные области потоки заряженных частиц, образует радиационные поля. Знать это нужно для безопасности космических полетов. Магнитное поле участвует в наземной и космической радиосвязи и радионавигации. Наконец, между состоянием магнитного поля и климатом тоже существует какая-то, пока еще непонятная связь. Так что вопросы о происхождении земного магнетизма, его эволюции и тенденциях людям небезразличны.
Сегодня есть на этот счет несколько гипотез, и какая из них окажется истинной, покажет будущее. Мы стоим на самом пороге вековой тайны. Но кому удастся этот.порог перешагнуть?
Глава 4

Притяжение электрическое, сиречь электризация
Ученые и любители, изучавшие магнитное притяжение, естественно, не могли пройти мимо притяжения электрического. И здесь начало увлечения опытами относится к XVII веку.
Уильям Гильберт экспериментировал не только с магнитами, но и с телами электризующимися, то есть приобретающими способность притягивать от трения. Его очень интересовал вопрос: как зависит эта способность от природы тел? Ученый даже сконструировал прибор для измерения силы электризации. Приближая к одному концу стрелки своего электроскопа наэлектризованный предмет, Гильберт наблюдал ее поворот и определял таким образом силу притяжения.
При этом он разделял все тела на два класса — «электрики» и «неэлектрики». К электрикам, то есть к электризующимся телам, оказались отнесенными янтарь, ялмаз, смола, стекло, канифоль, прочие диэлектрики. К классу же «неэлектриков» принадлежали все металлы. Это было понятно. Потому что, натирая их, Гильберт должен был держать металлические предметы в руке и таким образом давал возможность уходить полученным зарядам в землю.
Опыты врача английской королевы по электризации тел особого значения для нарождавшейся науки об электричестве не имели. Более интересны экспериментальные исследования электричества, которыми занимался магдебургский бургомистр Отто Герике, известный нам по школьному курсу физики своими «пневматическими опытами». Работы Герике имеют непосредственное отношение к нашей теме, поэтому остановимся на них более подробно.
В середине XVII столетия обстановка в Германии была удручающей. В раздробленной на многочисленные княжества стране догорали руины Тридцатилетней войны. Войска под разными флагами одинаково вытаптывали поля, грабили и разоряли крестьян, сжигали и разрушали города. Мародеры шведско-французских войск ничем не отличались от своих коллег, поддерживавших имперско-испанские притязания Габсбургов. А население вело непрерывную и ожесточенную партизанскую войну как с теми, так и с другими… Наконец, в 1648 году был заключен Вестфальский договор о мире. Люди смогли вернуться в разрушенные жилища, приступить к их восстановлению. Нужно было пахать и сеять. Жизнь продолжалась…
В старинном торговом городе на Эльбе — Магдебурге у жителей были те же заботы. Город сильно пострадал во время войны. После долгой осады ландскнехты Габсбургов захватили его и полностью разграбили.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31