Класс!ная физика



О полярных сияниях

20 февраля 1950 года я ехал из Москвы. Было уже около полуночи. Выйдя из вагона, я остановился, пораженный открывшейся картиной. Вся северная сторона неба была опоясана двумя огромными колыхающимися дугами. Одна из них – яркая, светло-красная, другая – светло-зеленая.
Дуги быстро и непрерывно меняли свой вид – то исчезали, появлялись, меняли место, переливались различными красками, выбрасывали яркие дрожащие лучи. Это было полярное сияние. На московском небе оно появляется редко, особенно такое яркое, как было в феврале 1950 года.
Сполохи – так его называют иногда у нас на Севере – играли на небе несколько часов.
Мало есть в природе явлений, способных сравниться по красоте с полярными сияниями!

«...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 лишь на мгновение рождались и рассеивались облака, сотканные из одного света... В нескольких 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, образовался огромный сплошной венец, затрепетали и потухли».
Таким видел полярное сияние исследователь Северной Земли Г.А. Ушаков.

А теперь перенесемся мысленно веков на семь назад, точнее, в 1242 год.
На льду Чудского озера воины Александра Невского яростно сражаются с тевтонскими рыцарями, закованными в железо. В самый разгар битвы темная северная часть небосвода стала вдруг светлеть – как будто где-то далеко за горизонтом зажгли гигантский факел, пламя которого колышется на ветру и вот-вот готово погаснуть. Затем небо прорезал длинный зеленый луч и тут же пропал. Через мгновение над горизонтом появилась светящаяся зеленая дуга. Она становилась все ярче, поднималась все выше... И брызнул из нее вниз, к земле, сноп ярких лучей – красноватых, бледно-зеленых, фиолетовых. Призрачный свет озарил происходящее на земле, на льду Чудского озера...
Позднее летописец отметит, что в тот день на помощь русским пришли «полки божьего воинства». Они-то и вдохновили Александра Невского на победу. Словом, восприятие необычного природного явления вполне в духе миропонимания, свойственного людям XIII века.
___

Северян, исконных жителей Заполярья, сполохами не удивишь. Там северные сияния – привычное явление. Но оставаться равнодушным при виде этой величественной картины трудно все-таки кому бы то ни было. А труднее всего тому, кто любознателен, кто хочет знать истину. Таким был и наш великий Ломоносов. «Как может быть, чтоб мерзлый пар среди зимы рождал пожар?» – вопрошал он в одном из своих «научно-популярных» стихотворений. И этот вопрос преследовал его с детства – с тех самых пор, когда он был еще «мальчиком из Холмогор» и не раз восхищался зрелищем полярного сияния.

Ломоносов предположил, что причиной полярных сияний служат электрические разряды в разреженном воздухе. Чтобы убедиться в справедливости своего предположения, он выкачивал воздух из стеклянного шара и пропускал через шар электричество.
«...Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают, и в то же почти время новые на их месте выскакивают, так что беспрерывное блистанье быть кажется», – записал он.
___

Спустя столетие явление проходимости электрического тока через разреженные газы изучали другие ученые. В опытах применяли стеклянные трубки, запаянные с двух концов. Чтобы пропускать через них электричество, в трубки с обоих концов впаивали небольшие металлические пластинки – электроды, к которым присоединяли провода от источника тока.
Пока газ в трубке находился при обычном атмосферном давлении, он электрического тока не проводил – свечения не было. Но стоило создать в трубке разрежение, как в ней появлялось свечение – результат столкновения быстро летящих заряженных частиц с молекулами оставшегося в трубке газа. Какого? Сначала это был азот и водород. Позднее ученые стали экспериментировать с аргоном и неоном – так появились газосветные трубки-светильники, их стали применять для оформления реклам. Различные газы светятся по-разному: аргон, например, голубым светом, неон – красным.
Так в лабораториях ученые получили маленькие полярные сияния.
___

В прошлом веке норвежский физик Биркеланд поставил интересный опыт. Он изготовил маленькую модель нашей Земли – шар, который можно было намагничивать. Кроме того, он был покрыт краской, которая от ударов заряженных частиц начинала светиться.
Ученый поместил шар в сосуд с разреженным воздухом и «обстрелял» его из ионной пушки потоком заряженных частиц. Пока шар не был намагничен, летящие частицы бомбардировали всю поверхность полушария, обращенного к ионной пушке, и оно равномерно светилось. Но когда шар намагнитили, свечение появилось только у его магнитных полюсов.
Опыт подтверждал связь полярных сияний с потоком электрических частиц. Показал он и то, что в этом явлении как-то участвуют силы земного магнетизма.
___

Но какие же электрически заряженные частицы могут вызывать в высоких слоях атмосферы полярные сияния, откуда они берутся?
Было известно: сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наблюдается наибольшее число пятен. Количество их и размеры в разные годы различны. Примерно через каждые одиннадцать лет число пятен бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, и в годы минимума на Солнце месяцами их почти не наблюдают.
Ученые установили прямую связь земных сполохов с пятнами на Солнце. Отмечено, что, когда большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, на Земле через 20...40 часов почти всегда начинают играть сполохи и разражается магнитная буря. Она резко ухудшает радиосвязь на коротких волнах, вносит сумятицу в работу телеграфа и телефона. Показания компаса становятся неточными.

В солнечных недрах, где царит температура, достигающая многих миллионов градусов по Цельсию, происходят сложные реакции на ядерном уровне. Тепло, которое обогревает нашу планету, – следствие этих реакций. Но не только тепло излучает наше светило в мировое пространство – из области солнечных пятен выбрасываются еще потоки частиц, включая положительно заряженные протоны и отрицательно заряженные электроны. Когда протоны и электроны достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, они, как и в газоразрядной трубке, сталкиваются с атомами и молекулами воздуха, главным образом азота и кислорода, и заставляют их светиться. Так возникают полярные сияния в естественных условиях. Происходит все это на высоте примерно от восьмидесяти до тысячи и более километров над поверхностью Земли.
___

Но почему полярные сияния «приписаны» к полюсам нашей планеты – Северному и Южному?
Да потому, что наша планета – это огромный природный магнит со своим полем, настолько мощным, что оно способно отклонять потоки частиц, летящих от Солнца, к магнитным полюсам, которые ныне находятся вблизи географических полюсов планеты.

___

Когда Солнце выбрасывает с большой скоростью особенно мощные потоки частиц, полярное сияние может оказаться совсем не полярным. Так, в сентябре 1957 года его видели жители Астрахани – это редчайший случай. Вполне закономерно, что такие случаи вызывают необычайный интерес населения, своевременно ответить на вопросы которого позволяют современные средства массовой информации.

В 1941 году полярное сияние видели в Воронежской области. По словам очевидца, ночью на дворе было светло, как днем. Причем странная заря занималась не на востоке, а на севере. Богомольная мать одного семейства решила, что наступает конец света, предсказанный Апокалипсисом. Она разбудила детей, осенила их крестом и стала рассказывать о божьем суде, до которого остались, возможно, считанные минуты. Всю ночь напуганные дети провели в страхе, не смыкая глаз..
Дня два люди судачили об этой необычной ночной заре, а потом все успокоились, узнав, что это было обыкновенное полярное сияние. Вся его необычность в том, что оно «спустилось» так далеко к югу.
___

Природа полярных сияний продолжает волновать ученых.
Так, новейшие данные, полученные с помощью современных средств исследования, приводят некоторых ученых к предположению о том, что полярные сияния есть 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.
Высказываются и другие предположения о механизмах полярных сияний, но то, что в действие их запускает наше дневное светило, по всей видимости, ни у кого не вызывает сомнения.

Источник: из книги В. Мезенцева «Обычное в необычном»





Устали? - Отдыхаем!

Вверх