Текст книги "Небесные сполохи и земные заботы."

Автор книги: Лилия Алексеева

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 13 страниц)

Лилия Алексеева
НЕБЕСНЫЕ СПОЛОХИ И ЗЕМНЫЕ ЗАБОТЫ

Об авторе

Алексеева Лилия Михайловна в 1964 году окончила физический факультет МГУ по специальности «атомная физика». В 1968 году защитила кандидатскую диссертацию, имеет около 30 научных публикаций, систематически читает публичные лекции по линии общества «Знание». Работает научным сотрудником НИИ ядерной физики МГУ. «Небесные сполохи и земные заботы» – ее первая научно-популярная книга, до этого печаталась в научно-популярной периодике.

Предисловие

Знакомые людям с глубокой древности полярные сияния только сейчас получили достаточно полное объяснение. Оказалось, что это явление тесно связано с процессами, протекающими на Солнце, в межпланетной среде и магнитосфере Земли. Множество проблем, ранее относившихся к разным наукам, оказались связанными друг с другом.

Первые же запуски искусственных спутников Земли были нацелены на изучение природы полярных сияний. Исследования на спутниках привели к открытию радиационных поясов Земли, выяснили структуру магнитного поля Земли и помогли найти решение многих проблем, связанных с полярными сияниями. Сейчас перед наукой, перед человечеством встал вопрос о воздействии космических условий на атмосферу и биосферу, в конечном счете – на погоду и здоровье людей.

Эта книга рассчитана на читателя, впервые знакомящегося с природой полярных сияний и другими явлениями ближнего космоса. В книге доступно и живо рассказано о том, что происходит в магнитосфере Земли, как взаимодействуют поля и частицы, почему светятся верхние слои атмосферы, зачаровывая и случайного наблюдателя полярных сияний, и специалиста-исследователя. В книге отражена история изучения полярных сияний, даны яркие эпизоды из жизни ученых.

Высокая квалификация автора позволяет ему везде четко обозначать грань достоверного, не выходя за рамки твердо установленных фактов.

Доктор физико-математических наук Логачев Ю.И.

1. Пожар небес

Сполох, сполоха – всякого рода беспокойство… хлопоты… общий вызов на помощь…

Сполохи – северное сияние, столбы.

Сполохи дышат, дрожат, мерцают, то ярко, то бледно.

Сполохи играют разноцветными, пестрыми огнями.

В. Даль. Толковый словарь живого великорусского языка

Полярное сияние. При этих словах почему-то вспоминается детство. Тогда мы так умели сопереживать, что вместе с героями фильмов и книг сами брели по снежным пустыням, дрейфовали на льдине, зимовали на берегу океана. Полярных сияний насмотрелись мы тогда на всю жизнь.

Может быть, поэтому взрослый житель средних широт о них как-то не думает, если только сам не станет вдруг свидетелем редкого зрелища – полярного сияния в совсем неполярном районе.

"Общеизвестных истин", относящихся к полярным сияниям, не так много. Еще в школе нам объяснили, что это явление сродни электрическому разряду в газах и что светящиеся буквы над соседним магазином, по существу, – то же сияние. При вспышках полярного сияния бывают радиопомехи и дрожит магнитная стрелка компаса. Вот, пожалуй, и все.

Ненамного больше знают о них северяне. Говорят иногда: сияние – к морозу. Но это скорее относится не к сияниям, а к небу, которое становится ясным с наступлением сильных холодов. Ночью на нем видны сияния, днем солнце. И примета есть такая же: зимой солнце на небе – к морозу. Как это ни удивительно, но даже в фольклоре коренных народов Севера полярные сияния почти не отражены. Другие явления природы – снегопады в тундре, приход льдов к побережью, ветер с берега и ветер от берега – это все есть, а вот горят сияния или нет это будто не касается живущего под ними человека и уж никак не влияет на его дела.

Чуть ли не единственное исключение – фольклор эскимосов. По их древнему поверью, люди, умершие не своей смертью, поднимаются на небо к сполохам, в сказках сполохи "играют огненными мячами". Есть легенда о бездетном охотнике, видевшем, как с неба срывается маленький сполох и ярким огоньком падает возле его жилища. Считая, что сполох принес ему счастье, он называет родившегося потом сына Сполохом. Но эскимосы – особые люди, можно сказать, люди искусства. Они выделяются замечательным мастерством резьбы и гравировки по кости, выразительностью танца, стройностью хоровых песен-импровизаций. Кому же, как не им, отозваться на чарующую красоту "пожара небес"!

Полярное сияние действительно неотразимо. Даже сообщения исследователей обычно начинаются с настоящих гимнов его красоте. Вот известный советский полярник Г. А. Ушаков описывает достоверно и точно (мы еще будем обращаться к этому описанию за деталями) виденное им в Арктике сильное сияние. Получается прямо-таки стихотворение в прозе: "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 на мгновенье рождались и рассеивались облака, сотканные из одного света. Сквозь вуаль ярко светили звезды. Вдруг вуаль исчезла. В некоторых 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, образовали огромный сплошной венец, затрепетали и потухли".

В наше время полярные сияния можно смотреть не только снизу, но и сверху, сбоку, изнутри. Первыми людьми, увидевшими его в необычном ракурсе, были космонавты В. М. Комаров, К. П. Феоктистов и Б. Б. Егоров. О встрече с сиянием на космической орбите мы узнаем из взволнованного репортажа Г. М. Гречко: "Тысячи прожекторов выстроились в такие извилистые линии над Америкой и били вверх… У Земли – были зеленого цвета. Сквозь нас проходили и выше уходили – красного цвета. Тысячи их там переливались огнями. Внизу – города, вокруг – бьют вот эти прожектора на высоту 400–500 км, и мы сквозь эти завесы проходили. Фантастическое совершенно зрелище. За два с половиной месяца полета мы такого еще не видели и вряд ли увидим".

По впечатлениям В. В. Коваленка и В. П. Савиных, космический корабль влетает в полярное сияние, как в огненную стену. "Словно идем на посадку", – замечают космонавты (при снижении, когда космический аппарат входит в плотные слои атмосферы, он так разогревается от трения о воздух, что экипаж видит в иллюминаторы вместо привычной космической черноты красный свет и даже пламя – это горит облицовка корабля).

В. И. Севастьянову в течение трех минут, пока корабль летел над полярным сиянием, казалось, что внизу – снежная буря.

Ничего не говорится о каких-либо особенных приключениях, связанных с сиянием, только дружно реагируют очевидцы на его красоту. И кажется, нет свойств у сияния, важных для человека, кроме красоты, словно сияния – произведения "чистого" искусства. А что касается радиопомех да подергиваний стрелки магнитного компаса, то в эпоху, когда суда ориентируются по гирокомпасу, а летчиков держит на курсе радиопривод, это если и неприятность, то обычно умеренная.

Между тем на исследование полярных сияний брошены сейчас огромные научные силы. Люди следят за сияниями с поверхности Земли и из космоса, летают вдоль них на скоростных самолетах, изучая их формы и протяженность; пускают в них геофизические ракеты и поднимают к ним приборы на аэростатах. Опубликованы сотни теоретических работ, так или иначе касающихся полярных сияний. Чем же вызван такой интерес к прекрасному явлению природы, которое вроде бы ни с чем особенным на Земле и не связано? Дело здесь в том, что, наблюдая полярные сияния, мы наблюдаем космос.

Бортовые приборы спутников собирают данные об основных обитателях ближнего космоса – быстрых (энергичных) заряженных частицах. Такого рода частицы попадая в верхние слои земной атмосферы, вызывают свечение воздуха – полярные сияния. Небо высоких широт представляет собой что-то вроде экрана гигантского телевизора: распределением частиц, которые бомбардируют этот экран, заставляя его светиться, управляют космические процессы. Явление, долгие годы бывшее символом освоения суровых полярных широт, стало в наши дни символом изучения космического околоземного пространства, светящийся занавес с бахромой можно увидеть теперь на обложке книги по космофизике или на эмблеме совещания специалистов по ближнему космосу.

Что же видно на природном "голубом экране"? Обобщим. "Телепередачи", цветные, с мятущимся изображением, какое описал Ушаков, бывают сравнительно редко. Типичная картина – сияния куда более спокойные, одноцветные или с небольшой подсветкой. Самые малоподвижные имеют и самый простой вид. Это белесые с желтизной пятна и ровно светящиеся линии (дуги). Среди дуг есть по-своему замечательные: длинные, узкие, четко очерченные – при ширине до нескольких десятков километров (бывают и уже одного километра) они тянутся в направлении примерно восток – запад на расстояния сотен и даже тысяч километров. Может быть одновременно несколько параллельных дуг. Дуги часами остаются неподвижными или медленно плывут по небу. Но вид дуги может внезапно измениться: вся она пойдет вдруг вертикальными лучами – подвижными столбиками света, станет похожей на свисающий занавес или бахрому. Это сходство становится еще сильнее, когда занавес начинает колыхаться и на нем появляются вертикальные складки. Они иногда заворачиваются на полный оборот и даже больше, и тогда нижний край занавеса выглядит как цепочка двойных спиралей. Впрочем, спираль может быть настолько большой, что весь небосклон занят лишь ее частью. Такие неспокойные дуги легко распадаются на отдельные светящиеся пятна.

Но даже над теми формами сияний, которые при наблюдении с Земли должны были бы восприниматься как простые, с ровным свечением, космонавты, находясь на орбите, видят области с лучистой структурой, где стоят светящиеся столбы – "прожекторы". Если с Земли смотреть на лучистое полярное сияние, находясь прямо под ним, то кажется, будто лучи сходятся. Это тот же эффект перспективного сокращения, из-за которого нам кажутся сходящимися вдали рельсы железной дороги. Нижние концы лучей находятся на высоте от 100 до 150 километров. Горизонтальные размеры лучей – от нескольких десятков метров до нескольких километров. Не всегда лучи "вделаны" в дугу или пятно, иногда просто горят отдельной связкой.

Нередко большая часть неба бывает покрыта ровным свечением. И есть черные полярные сияния – темные места внутри свечения. Они имеют вид тонких лент или четких вытянутых эллиптических отверстий.

Все эти, как их называют специалисты, неоднородности, или формы, сияний обычно движутся. Их скорость считается небольшой по меркам науки о сияниях, она не превосходит двух-трех километров в секунду, причем иногда формы движутся так медленно, что глазу кажутся неподвижными. В лучистых формах скорость отдельных лучей больше – до 50 и даже 80 километров в секунду. Вот как описывает такое движение знаменитый путешественник и ученый Ф. Нансен: "Вдруг из светящейся ленты выскакивают лучи; они почти достигают зенита; еще и еще – они мчатся с дикой быстротой по верху ленты с востока на запад; они летят словно издалека, издалека, все приближаясь и приближаясь".

Даже самые спокойные формы полярных сияний практически никогда не появляются от раза к разу на одном и том же месте. Сияние не может в заранее известный час заглянуть к нам в окно, как это делает солнце.

Можно ли узнать что-нибудь определенное о космосе, наблюдая полярное сияние – это непростое явление, которое само стало изучаться всесторонне лишь недавно? Оказывается, можно, и немало. Но при этом нужно на время отвлечься от подробностей и взглянуть на все с более широкой точки зрения, попытавшись представить себе общую картину через наблюдения в отдельных точках. Заметим, что и на экране обычного телевизора невозможно воспринять изображение, скрупулезно рассматривая маленький кусочек экрана.

Первый шаг в создании общей картины сделали в начале 60-х годов советские ученые О. В. Хорошева и Я. И. Фельдштейн. Они поставили вопрос так: где на Земле полярные сияния случаются одновременно? На фоне того что говорится и пишется о физике XX века, этот вопрос звучит с какой-то средневековой непритязательностью. И тем не менее верного ответа на него не было. К началу космической эры полярные сияния оставались на удивление неизученными.

Вот пример. Даже сквозь сильное полярное сияние видны звезды (вспомним уже приведенный отрывок из Ушакова), и всякий раз, когда состояние неба не позволяет увидеть звезды, нельзя видеть и полярные сияния. Разглядеть звезды днем мешает солнечный свет, по этой же причине должны быть "невидимками" полярные сияния, случившиеся в светлое время суток. Тот вполне очевидный факт, что звезды не наблюдаются на дневном небосклоне, не мешает нам знать, что они на нем есть. На этот счет уже много веков нет сомнений. А в подобном вопросе о полярных сияниях – случаются ли они днем, оставаясь невидимыми, или же их просто нет в это время суток – даже году в 1960-м господствовало неверное представление: специалисты считали, что сияния бывают только ночью!

Между тем такое невидимое полярное сияние заметить даже легче, чем дневные звезды. Людям давно известно, что при полярных сияниях меняется магнитное поле, появляются его возмущения. Еще в старину моряки-поморы говорили: "На пазорях матка дурит". Пазорями они называли полярные сияния, маткой – компас. Точные приборы-магнитографы регистрируют магнитные возмущения и при очень слабых полярных сияниях. Значит, если сияние не видно, о его присутствии можно судить по измерениям магнитного поля на поверхности Земли. Почему же дневные полярные сияния так долго не обнаруживали себя? Дело здесь в том, что при прочих равных условиях случаются они, как установила О. В. Хорошева, на более высоких широтах, чем ночные. Временами их можно видеть даже простым глазом: когда вблизи полюса устанавливается почти круглосуточная полярная ночь, сияния в часы, близкие к полуденным, наблюдать не так уж трудно. Однако сказалась неосвоенность высоких широт: меньше наблюдателей, меньше наблюдений – труднее выявить закономерности. Полярные сияния оставались как бы за кадром. Прямо по Козьме Пруткову: "Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы, но потому, что не входят в круг наших понятий".

Выполнив тщательный анализ наземных наблюдений, О. В. Хорошева и Я. И. Фельдштейн нашли, что полярные сияния горят одновременно в некоторой кольцевой области, которая охватывает магнитный полюс Земли. В зависимости от обстановки в космосе это кольцо то стягивается к полюсу, то, наоборот, растягивается, сползая в более низкие широты. В среднем его полуденная (обращенная к Солнцу) часть занимает полосу между 74,5° и 79,5° геомагнитной широты (такой широты, 90° которой соответствуют полюсу, но не географическому, а магнитному), полуночная часть захватывает полосу 60,5°-75,5°. На одних участках этого кольца сияния видны лучше, на других хуже или вовсе не видны, как, например, днем; где-то они могут выглядеть как неподвижные, ровным светом горящие дуги, в других местах – двигаться, вспыхивать и переливаться. Но при всем этом разнообразии они образуют целостную систему. Ее стали называть овалом полярных сияний, или авроральным овалом. И таких овалов на Земле два – по одному вокруг каждого магнитного полюса.

Аврора, как известно, – богиня утренней зари. При чем тут утренняя заря? Ни при чем. Однако как раз ее именем древние римляне называли полярные сияния. Они бывают редко на средних и низких широтах, а когда случаются, тон их обычно красновато-розовый. Видно, цвет и определил древнее название полярных сияний – "аврора", которое вошло затем в ряд европейских языков. Потом, когда появились спутники и полярные сияния стали всесторонне изучаться, обнаружилась масса явлений, с ними связанных. По-русски эти явления можно было бы назвать "полярносиянными", но это звучит несколько громоздко. Поэтому и в русский язык вошли выражения типа "авроральные явления".

Середина 70-х годов. В читальном зале я открываю очередной номер геофизического журнала. Вот она – картина, которую так давно хотелось увидеть! Передо мной снимок полярного сияния, переданный из космоса, с борта спутника, летевшего на высоте 1400 километров. Светящаяся линия тянется на многие тысячи километров, замыкаясь кольцом вокруг магнитного полюса. А сколько было споров, составляют наблюдаемые с Земли дуги полярных сияний единую систему, авроральный овал, или нет! Вот и в журнале читаю: "Одно такое изображение стоит сотен часов работы научного семинара"…

Теперь такие снимки уже не редкость. Их получают сканированием, последовательным просмотром полярной области путем перемещения объектива фотокамеры или радиолуча. Состояние неба перестало быть помехой для наблюдений. Но снимки, сделанные из космоса, когда под спутником ясная погода, особенно красивы: горят сияния, а сквозь них видна Земля с такими знакомыми по картам очертаниями материков и океанов.

Был когда-то такой забавный случай. В начале 20-х годов в Германии состоялась защита диссертации на тему "Проблемы космической физики". Ее автором была Лизе Мейтнер – первая в Германии женщина-физик, получившая ученую степень. Впоследствии она вошла в историю науки благодаря ряду замечательных работ по ядерной физике. Но тогда имя женщины в научном контексте звучало непривычно. Видимо, это и сбило с толку журналиста, назвавшего в газете ее диссертацию "Проблемы косметической физики". Но только ли в непривычности дело?

Известный советский физик Д. А. Франк-Каменецкий о значении слова "космос" писал так: "По-гречески слово "космос" значит украшение, порядок. В древнегреческой философии космос противопоставлялся хаосу – беспорядку, слепому случаю. Для древних греков понятия порядка и красоты были тесно связаны. Античная космология была прежде всего красивой: небесные тела считались вделанными, как драгоценные камни, в хрустальные сферы, издававшие при своем вращении прекрасные музыкальные звуки (так называемая "гармония сфер"). Законы природы, по их мнению, должны были удовлетворять прежде всего эстетическим требованиям. Эта точка зрения держалась в философии и науке долго – недаром даже Коперник считал, что орбиты планет должны быть круговыми лишь потому, что круг красивее эллипса. Таким образом, сходство слов "космический" и "косметический" на самом деле вовсе не случайно".

Вряд ли древние греки удивились бы, узнав, что обычно лицо космоса, каким оно проступает на небесном телеэкране, – светлое кольцо простых и ясных очертаний. Этот привычный вид аврорального овала – как испытательная таблица, которую мы видим на экране домашнего телевизора, когда по программе нет ни фильмов, ни репортажей.

Однако когда космос возмущен, порядка в очертаниях овала становится меньше, красоты же, пожалуй, больше: здесь-то и появляются телепередачи с движением и цветом. Об их сюжетах – потом.

2. Истоки и источники

О ты, таинственный свет, что ты такое

и откуда ты происходишь?

Фритьоф Нансен. Дневниковая запись

Передо мной – фотокопия старого рисунка с видом полярного сияния. Оно горело над Парижем 12 января 1589 года. Что же было тогда на небе? Рисунок четкий, и сомнений быть не может. Ближе к зениту была конница и, головой вниз, какие-то рыбы, у горизонта – два воина в доспехах, неспешно идущие навстречу друг другу. В Европе, лишь недавно освободившейся от религиозного деспотизма средневековья, все необычное, что появлялось на небе, считали знамением небесным. Когда такое случалось, нужно было не упустить момент и рассмотреть важные для себя детали. А если человеку очень хочется или очень надо увидеть что-то, он иногда это видит независимо от того, что происходит на самом деле. Поэтому любое свидетельство очевидца приходится принимать "с поправкой" на его личность. Если же она – увы! – не ясна или не внушает доверия, важно не дать увлечь себя даже самым сногсшибательным рассказом, например о вчерашней встрече с инопланетянином. А ведь кроме людей, искренне заблуждающихся, есть и такие, которым хочется любой ценой быть – интересными.

Можно представить себе, как волновались непривычные к сияниям верующие, видя над собой огненные "персты", "кресты", "мечи", "зарева" и пр. Крайне мало объективной информации и суждений о полярных сияниях осталось в средневековых документах всей Центральной и Южной Европы.

В дохристианские времена к сияниям относились более реалистично. Их пытался классифицировать Аристотель, давая названия отдельным формам сияний. Зная о причудливости сияний, о том, насколько редко бывают они в районе Средиземноморья, можно не удивляться, что на таком материале закономерности не выявлялись, и формы, отмеченные Аристотелем, не опознаются современными учеными. Одна из форм называется у него, например, "прыгающие козлы". Сейчас трудно представить себе, в чем увидел Аристотель сходство с прыгающими козлами. На древних зарисовках полярных сияний проглядывает некоторая "рогообразность" форм, может быть, это вызвало у Аристотеля такую ассоциацию?

Римский философ Сенека писал о полярных сияниях: "Некоторые из них выглядят как пустота, когда под светящейся короной свечение отсутствует и образуется как бы овальный вход в пещеру; другие – как бочки, когда видно большое закругленное пламя, перемещающееся с места на место или горящее неподвижно, или – как бездна, когда небеса, кажется, открываются, чтобы извергнуть пламя, которое до этого скрывалось в их глубине… Среди них примечательны те, которые имеют вид огня на небе. Иногда они стоят высоко, сияя среди звезд, иногда так низко, что могут быть приняты за далеко горящую усадьбу или город…" По свидетельству Сенеки, в 37 году новой эры было сияние такое красное, что люди решили: "Горит вся колония Остия", и император Тиберий поспешил выслать туда для помощи своих солдат. Любопытно отметить, что и почти две тысячи лет спустя сияние смогло произвести точно такое же впечатление: 25 января 1938 года пожарные команды некоторых южноевропейских городов выехали к громадному зареву-сиянию в северной части горизонта.

В эпоху Возрождения переводятся труды античных авторов, и взгляды ученых древности становятся известными в Европе. И вот в 1621 году французский философ и астроном, горячий пропагандист античной науки, священник, который, по словам К. Маркса, стремился примирить свою католическую совесть со своим языческим знанием, П. Гассенди, подчеркивая преемственность современной науки с античной, вводит научный термин "северные авроры" для обозначения полярных сияний.

Совсем другим было отношение к сияниям в те же средневековые времена на севере Европы, где сияния не редкость. Здесь бороздили холодные моря норманны (викинги) – воинственные предки нынешних датчан, норвежцев и шведов. Занимаясь торговлей и заодно грабежом, они везде то оставляли, то сворачивали свои "морские базы" – колонии. Память о таких поселениях в названиях Мурманского (то есть норманнского) побережья и города Мурманска на Кольском полуострове. Соседи-русские приглашали норманнов как специалистов по военному делу. Но наемник есть наемник, и русское название норманнов – варяги – приобрело еще и другой смысл: так до сих пор зовут людей нужных, но чужих, пришедших на время и имеющих, так сказать, свой интерес. Норманны были умелыми и отважными мореходами: их небольшие корабли – всего до 25 пар весел с одним прямым парусом – пересекали Северную Атлантику, наведываясь в Гренландию и задолго до Колумба к берегам Америки. Такой корабль изображен на старой скандинавской гравюре: обледенелая резная фигура на носу, ледяные шапки на воинских щитах, укрепленных по бортам, над прорезями для весел; внизу – отогнутые назад гребни волн вровень с бортами, вверху – созвездие Большой Медведицы и дуга полярного сияния. Точно подмеченная деталь: одна звезда светит прямо сквозь сияние. Никаких чудес, кроме людского мужества.

Подобный образ жизни вели наши новгородцы, и их летописи также описывают полярные сияния без всяких намеков на чудеса. "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", – рассказывает Новгородская летопись (Архивная) о полярном сиянии, случившемся 23 сентября 1552 года. Летописец не забыл отметить: "а с запада темнота велия", подчеркнув, что свет в небе шел не от зашедшего солнца.

По-видимому, Северная Европа и была родиной науки о полярных сияниях. В первой половине XIII века в Норвегии появилась замечательная летопись (и она же философский трактат) "Королевское зерцало". Научный уровень этого труда – автор его, к сожалению, остался неизвестен – выглядит особенно контрастно в сравнении с наивными представлениями тогдашней Европы о незнакомых странах. В "Королевском зерцале" сообщались точные данные о размерах и форме льдин в далеких районах Ледовитого океана, обсуждались тонкие вопросы о морских течениях. Почему, например, "массы льда иногда лежат спокойно, как и можно ожидать, но иногда сильно и быстро движутся, так что идут нисколько не медленнее корабля, плывущего с попутным ветром; одинаково часто они несутся как по ветру, так и против него". В "Королевском зерцале" содержатся отзвуки горячих дискуссий о происхождении Полярных сияний. Не все существовавшие версии о природе сияний кажутся автору серьезными. У него были основания для критического отношения, поскольку он специально выяснял надежность суждений. "Я часто встречал людей, длительное время проживших в Гренландии, – пишет он, – и был сильно удивлен тем, что они не имели четкого представления о том, что же представляют собой полярные сияния. Как же формулировались гипотезы о происхождении полярных сияний? Как ни парадоксально, но часто это делается на основе чисто умозрительных заключений, основанных на разумности и правдоподобности предлагаемых версий".

Автор приводит три гипотезы, которые кажутся ему правдоподобными, но оговаривается, что за достоверность их он ручаться не может.

Одна из них основана на старых космологических представлениях скандинавов, и мы ее трогать не будем. По двум другим полярные сияния – это отблески зашедшего Солнца или свет, который будто бы излучают льды при очень большом морозе. Эти идеи жили, по-видимому, очень долго. Их мы находим полтысячелетия спустя в стихотворении М. В. Ломоносова "Вечернее размышление о божием величестве при случае великого северного сияния":

 
Но где ж, натура, твой закон?
С полночных стран встает заря!
Не солнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мещут огнь моря?
 

Как и «заря-аврора» древних, здесь это уже не гипотезы: они привлечены автором, чтобы дать образ сверкающего в ночи, красочного Севера. Пушкин считал себя учеником Ломоносова, и поэт Ломоносов вспоминается часто только как новатор русского стихосложения: он стоит, по выражению Гоголя, «впереди наших поэтов, как вступление впереди книги». Но есть в его стихах строки, гениальность которых видна даже сквозь славу таких продолжателей, как Пушкин. Стихи Ломоносова на «космические темы» воздействуют на нас подобно музыке, сопровождаемой игрой цвета и переменчивостью тяготения. И такой уж оказалась индивидуальность поэта, что самые поэтические его строки посвящены явлениям природы и науке о них. Это по случаю полярного сияния написаны им головокружительные стихи про ночное небо:

 
Открылась бездна, звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.
 

Ломоносов много занимался полярными сияниями. Он пытался рисовать сияния «сколько позволяла скорая Их переменчивость». Эти зарисовки, выгравированные на меди, до сих пор хранятся в Академии наук СССР. Они изображают виденные им отдельные «фигуры» – формы сияний. Но надо сказать, что при великом разнообразии форм сияний наблюдения такого рода мало что проясняют, – вспомним Аристотеля и его малополезную классификацию. Но во время одного из таких редких сияний над Петербургом Михаил Васильевич, «смерив», нашел, что «вышина верхнего края дуги около 420 верст» (то есть около 450 километров). Он установил, что полярные сияния не относятся к явлениям в атмосфере – плотной газовой оболочке Земли, ибо «положение северного сияния выше пределов атмосферы показывает сравнение зари, с ним учиненное» (для Ломоносова не было сомнения, что заря – «не что иное есть, как воздух атмосферный, освещенный от солнца, скрытого горизонтом»).

Теперь эти высоты – выше плотной атмосферы – относят к космическому пространству. Современные космические корабли с космонавтами на борту летают обычно на высоте 200–400 километров. Нижняя граница сияний, как мы теперь знаем, находится от земного наблюдателя на расстоянии 95-100 километров, и чем ярче, сильнее сияние, тем ниже эта граница опускается. По вертикали свечение захватывает сотню-другую километров, однако может достигать и 400–600, а иногда и 1000–1100 километров.

"Что видимое сияние в месте, лишенном воздуха, произведено быть может, в том мы искусством уверены", – писал Ломоносов. "Искусством" были его лабораторные опыты по электрическому разряду в газах. Он проводил их со стеклянными шарами, откуда откачивался, но не полностью, воздух. "Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые в мгновенье ока исчезают, и в то же время новые на их места выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется. В северном сиянии всполохи или лучи… вид подобный имеют", – говорил о своих наблюдениях Ломоносов. Замеченная им аналогия электрического разряда в газе и полярных сияний имеет очень глубокий смысл. Свечение неба при сияниях и свечение воздуха в сосуде с газовым разрядом, так же как и свечение экрана обычного телевизора, с физической точки зрения – это одно и то же явление: свечение вещества при бомбардировке его потоком быстрых заряженных частиц. Разница лишь в том, что именно обеспечивает частицы высокой энергией движения – космический ли процесс или электрическое напряжение, подведенное к электродам установки, и какое именно вещество – воздушный или твердый экран – встречают эти частицы на своем пути.

Мысль об электрической природе полярных сияний была высказана Ломоносовым на заседании конференции Академии наук в 1751 году. Независимо от него и почти одновременно с ним к выводу о близости природы газового разряда и свечения неба при полярных сияниях пришли Ж. Кэнтон в Англии и Б. Франклин в Америке. Примерно в то же время епископ Бергена Э. Понтопидан написал книгу под названием "Первая естественная история Норвегии", в которой был затронут необыкновенно широкий круг вопросов – от месторождений нефти в Северном море до происхождения мух, червей и полярных сияний. Понтопидан также указывал на электрическую природу сияний: по образному сравнению автора, Земля, вращающаяся в межпланетной среде, напоминает крутящуюся сферу в электрофорной машине, а электрические разряды в такой машине соответствуют вспышкам полярных сияний. Повидимому, это первая точка зрения на полярные сияния как на результат взаимоотношений Земли и окружающей ее межпланетной среды. Нам еще много предстоит говорить об этих взаимоотношениях. С космосом связывала полярные сияния и замечательная экспериментальная работа французского ученого Ж. де Мерана, относящаяся к 1733 году. Он обнаружил статистическую связь явлений на Солнце и на Земле: среднее число крупных полярных сияний соответствовало среднему числу солнечных пятен! Этот факт оказался фундаментальным для современной нам науки о полярных сияниях. Но, опираясь на него, нельзя забывать слово "среднее": эта закономерность существует только, как говорят физики, в среднем. Если же рассматривать причинно-следственную связь, то закономерность размывается: утверждение, что у каждого сияния есть прямая солнечная причина, о которой можно судить по числу солнечных пятен, неверно. Чтобы не пускаться сейчас в детали, я просто сошлюсь на газетные заметки о попытках чисто наземными средствами спровоцировать полярные сияния.