Немного найдется небесных явлений, которые вызывали бы такое восхищение и изумление, как северное сияние. Пожалуй, одни лишь эскимосы да обитатели Скандинавии смотрят на это явление как на нечто обычное. Уже само название "северное сияние" указывает на то, что оно чаще всего происходит на крайнем севере. В нашем представлении охваченные пламенем небеса обычно ассоциируются с сильным морозом и снежными просторами Арктики, однако изредка северные сияния бывают и в более теплых широтах. В прошлом эти неожиданные вспышки света наряду с другими небесными явлениями тоже пугали народ. Указание на связь большой тарелки 1882 года, о которой я уже писал раньше, с полярными сияниями позволяет нам подробно рассмотреть здесь это явление. Хотя у нас нет никаких данных, что полярные сияния имеют какое-то отношение к летающим тарелкам, некоторые ученые объясняют зеленую окраску огненных шаров в Нью-Мексико полярным сиянием.

Благодаря тому что на севере имеется сравнительно больше населенных пунктов, чем на юге, северное сияние пользуется большей известностью. Однако существует и его южный двойник - так называемое южное сияние, которое освещало путь знаменитому Бэрду и другим антарктическим экспедициям.

Примитивные представления людей о природе полярных сияний, как правило, были весьма далеки от истины. Эскимосы, например, считали, что пламя на небе является отражением арктических снегов, все еще озаренных солнцем, которое боги подхватили на западном горизонте и несут по северному небосводу на восток, чтобы оно вновь взошло на следующий день. Довольно забавная теория.

Впрочем, гораздо более распространенным было мнение, которого придерживались и наши предки,- что во время полярного сияния на небесах происходят такие же события, как и на Земле. Люди суеверные, да еще наделенные пылким воображением, видели войска, королей, зверей, длинные процессии, битвы и похороны, а также ангелов, дьяволов и всевозможных чудовищ, вроде Драконов, которых никогда на Земле не было.

Вот что пишет Райнцер в своей "Философско-политической метеорологии", о которой мы уже упоминали:

"У всех останется в памяти 1568 год, когда однажды светлой ночью, о чем свидетельствует Фомианус Страда, на небе встретились две армии в боевых порядках с ярко сверкающими копьями наперевес. Они то отступали, то наступали, сшибаясь щитами, и сражались так, словно новое поколение гигантов решило взять приступом небеса. Это странное явление вызвало обоснованный страх у герцога Альбы; впоследствии оказалось, что чудо было выражением небесного милосердия, предостережением свыше, направленным на то, чтобы герцог был начеку. Это знамение предвещало, как замечает историк, приближение войск принца Оранского, предвещало грабежи, резню и долгую кровопролитную войну".

Чем дальше вы находитесь от северного или южного полюса, тем реже можно наблюдать полярные сияния, однако тщательное изучение этих явлений убеждает нас в том, что максимума интенсивности они достигают не на северном и не на южном географическом полюсе.

Тщательно поставленные опыты позволили определить, что Земля представляет собой намагниченную сферу. Именно магнитное поле Земли поворачивает стрелку компаса на север и помогает путешественникам выбрать нужное направление. Однако магнитный полюс не совпадает с географическим. Он отклонен примерно на 12 град. от оси вращения Земли. Северный геомагнитный полюс, который по существу следовало бы назвать "южным", поскольку он притягивает "северный" полюс магнитной стрелки, находится в Северной Америке, возле Баффиновой земли, к северу от Гудзонова залива. Южный магнитный полюс находится в Антарктике. Однако полюса эти не имеют постоянного местоположения. Они медленно смещаются, двигаясь примерно по кругу вокруг географических полюсов.

Исследования показали, что чаще всего северные сияния происходят в узкой полосе, расположенной примерно в 23 град. от магнитного полюса. Вне этой зоны максимальной магнитной активности количество видимых полярных сияний убывает как в сторону магнитного полюса, так и в сторону экватора. В настоящее время мы, жители Северной Америки, находимся в лучших условиях для наблюдения северных сияний, чем, например, жители Центральной Европы.

Хотя формы полярных сияний столь же разнообразны, как и формы летних облаков, мы тем не менее можем разделить их на определенные типы. Все полярные сияния принадлежат к одной из двух основных форм - с лучевой или безлучевой структурой. Одной из наиболее распространенных форм является арка, которая полукольцом опоясывает северный небосвод. Одни арки просто светятся, не обладая сколько-нибудь заметной внутренней структурой, другие отбрасывают от себя множество лучей, похожих на зубья гребешка. Обычно световой рисунок медленно изменяет свою яркость и очертания, но иногда он мерцает и вспыхивает, словно пламя костра. Таким образом, имеются три основных типа арки - однородные, лучистые и пульсирующие. Когда эти арки находятся так далеко, что их самые яркие участки оказываются ниже горизонта, лишь слабое свечение неба указывает на полярное сияние. Лучи появляются по одному или пучками, иногда их яркость остается неизменной, а иногда они слабо мерцают. Нередко на небе возникают драпри, свисающие изящными складками, которые колышутся, словно занавес или длинное платье, развевающееся по ветру (фиг. 61).

Когда арки не имеют четких очертаний, небо бороздят светлые полосы, однородные или лучистые. Иногда же мы видим лишь однообразную рассеянную пульсирующую поверхность.

При очень интенсивном полярном сиянии свечение нередко достигает зенита или даже минует его и образует великолепную корону (фиг. 62). Корона обычно состоит из нескольких коротких полос, расходящихся лучами из темного центра; если бы магнитная стрелка компаса могла свободно вращаться как по горизонтали, так и по вертикали, она указала бы на этот центр. Мы называем эту точку "магнитным зенитом".

Свечение неба вызывают атомы и молекулы, находящиеся в верхних слоях земной атмосферы. Характерное зеленое свечение возникает благодаря атомам кислорода. Однако кислород при определенных условиях может придать полярному сиянию и красный оттенок. Азот, самый распространенный газ в земной атмосфере, тоже может вызвать ярко-красное свечение. Во время полярных сияний иногда наблюдается излучение самого легкого из атомов - атома водорода. Эти наблюдения указывают на то, что водород находится в земной атмосфере не в неподвижном состоянии, а движется к нам со скоростью 200, а может быть, и 2000 миль в секунду.

Благодаря широкому распространению ламп дневного света мы все хорошо знакомы со светящимся газом. Многочисленные рекламы, сияющие красным неоновым светом, сверкают так ярко потому, что электроны, проходящие через газ, с силой сталкиваются с атомами неона и вызывают их излучение.

Взрывы, происходящие на Солнце, и другие виды солнечной активности вызывают полярные сияния. Теперь мы располагаем данными об облаках водорода, движущихся с огромной скоростью от Солнца к Земле, о чем говорилось выше. Однако долгое время у нас имелись лишь косвенные данные о том, что полярные сияния связаны с деятельностью Солнца.

Стрелка компаса показывает на северный магнитный полюс. Если наш компас достаточно чувствителен, мы скоро обнаружим, что стрелка его никогда не бывает в покое. Сначала она поворачивается на восток, а потом на запад, совершая довольно регулярное движение в течение суток. Однако цикл движения, а также более мелкие колебания, связанные с ним, значительно изменяются изо дня в день. Дни, когда происходят наиболее сильные колебания магнитной стрелки, мы называем "магнитно-возмущенными". Эти сильные возмущения нередко сопровождаются полярными сияниями. Именно сильная магнитная активность заставила ученых еще в 1882 году пристально следить за северным небосклоном; об этом пишет Мондер в своем сообщении о большой группе солнечных пятен, когда огромное световое пятно, вызванное полярным сиянием, вело себя, словно летающая тарелка.

Ученые обычно делают заметки по поводу каждого такого явления природы и тщательно записывают свои наблюдения. Таким образом, у нас накопилась подробная информация о магнитной активности более чем за сто лет. Астрономы вели наблюдения и за Солнцем и не раз замечали на его поверхности темные пятна (фиг. 63). Изо дня в день, из года в год регистрировали они данные о величине и количестве солнечных пятен, и эти данные позволили установить тот удивительный факт, что пятна на Солнце появляются довольно регулярно. Большой наплыв пятен происходит не столь периодически, и его не так просто предсказать, как океанский прилив, однако мы видим, что сначала количество солнечных пятен увеличивается, а потом падает почти до нуля, пока не начинается новый цикл. Данные более чем за двести лет ясно свидетельствуют о том, что максимальное количество пятен появляется на Солнце в среднем через каждые 11 лет. Правда, бывают значительные отклонения от этой средней цифры, причем иногда интервал сокращается до 7 лет, а иногда увеличивается до 16.

Уже давным-давно было сделано одно важное наблюдение: наибольшая магнитная активность бывает при наибольшем числе солнечных пятен. С тех пор как были зарегистрированы первые данные о магнитной активности, обе кривые поднимаются и опускаются одновременно.

Киносъемка Солнца показала, что на его поверхности происходят бурные процессы. Гигантские гейзеры раскаленного светящегося газа взлетают вверх на сотни тысяч миль. Эти пылающие потоки имеют иногда от 10 тысяч до 20 тысяч миль в поперечнике и движутся со скоростью до 50 миль в секунду, а порой и больше (фиг. 64). Такие колоссальные взрывы чаще всего происходят поблизости от солнечных пятен и, возможно, как-то связаны с их возникновением. Солнечное пятно - это область бури, где температура и давление значительно ниже, чем на остальной поверхности Солнца. Поэтому пятна и представляются нам темными; поскольку они холоднее окружающей поверхности, от них исходит меньше света и тепла. Однако это не мешает им извергаться.

Из огромной массы извергнутого газа большая часть, вероятно, падает обратно на солнечную поверхность. Непрерывный ливень стремительно падающего газа представляет собой одну из самых характерных черт наблюдаемой солнечной активности. Однако часть извергнутого вещества, видимо, покидает Солнце окончательно, и какая-то его доля, очевидно, достигает Земли. Солнечные спикулы, своеобразные раскаленные струи газа, появляющиеся поблизости от полюсов, возможно, тоже играют важную роль при извержении вещества в пространство.

Изучение Солнца приобретает все более важное значение как для экономики, так и для науки. Если бы мы могли предсказывать извержения на Солнце, мы знали бы заранее, когда произойдут магнитные бури. Такие прогнозы были бы очень полезны, потому что магнитные бури имеют иногда очень серьезные последствия. Одним из главных последствий является нарушение радиосвязи, ибо полярные сияния как бы пробивают дыры в верхних слоях атмосферы, которые обычно отражают радиоволны, идущие от передатчика к далекому приемнику. Фактически во время сильной магнитной бури многие виды радиосвязи совсем выходят из строя. На любой радиостанции планировали бы свои передачи и сеансы связи гораздо целесообразнее, если бы знали заранее, когда следует ожидать нарушения радиосвязи.

Иногда выходят из строя даже наземные линии связи. В результате быстрого изменения магнитных полей может произойти резкое увеличение силы тока и размыкание реле, а телетайпы начнут передавать совершенно невразумительные сообщения. В ряде случаев эти магнитные возмущения оставляли целые районы страны без света и электрической энергии.

Как правило, облака газа, извергнутые Солнцем, рассеиваются прежде, чем успевают преодолеть хотя бы сотую долю расстояния от Солнца до Земли. Мы не можем непосредственно установить, что же происходит в промежуточной зоне, отделяющей Солнце от Земли.

Правда, во время полного солнечного затмения мы наблюдаем великолепное гало из газа, опоясывающее Солнце - солнечную корону,- и следим за движением потухающих лент огня на протяжении четырех-пяти солнечных диаметров. Отсюда мы заключаем, что газ может окончательно покинуть Солнце и, возможно, достигнет Земли через несколько часов или дней, в зависимости от скорости его движения.

Иногда на фотографиях солнечной поверхности, сделанных через специальный светофильтр, пропускающий только красное излучение водорода, появляются какие-то яркие вспышки. Они могут возникнуть в течение нескольких секунд и через несколько минут исчезнуть. Мы еще не знаем точно, что это такое, но, очевидно, это какой-то сильный взрыв. Мощный поток ультрафиолетовых лучей, сопровождающий эту вспышку, может создать сильные радиопомехи, которые, однако, несколько отличаются от помех, вызываемых облаками газа, достигающими Земли.

Помехи радиоприему, которые возникают в результате такой вспышки, называются "замиранием", или "внезапным возмущением ионосферы". Иногда я слушаю на коротких волнах передачу из какого-нибудь далекого города, скажем из Лондона. Слышимость прекрасная. И вдруг, буквально мгновенно, звук замирает. Может быть, испортился радиоприемник? Нет! Замирание происходит вследствие своеобразной электризации атмосферы, вызванной ультрафиолетовым излучением солнечной вспышки. Радиоволны поглощаются на пути от передатчика к приемнику. Некоторые из этих вспышек, которые, возможно, сопутствуют очень сильным выбросам, очевидно, также извергают солнечное вещество. Следовательно, уже через сутки или немного позже может начаться магнитная буря, а значит, и полярное сияние.

Распределение полярных сияний по земной поверхности ясно свидетельствует о том, что это явление самым тесным образом связано с магнетизмом. Первые теории полярных сияний, основанные на солнечном и земном магнетизме, возникли еще в начале девятисотых годов, когда норвежские ученые Биркеланд и Штёрмер тщательно исследовали свечение неба в лабораторных условиях, на местности и путем математических расчетов.

Штёрмер подробно разработал теорию, объясняющую, каким образом заряженная частица, скажем электрон, преодолевает расстояние от Солнца до Земли и, захваченная магнитным полем Земли, вызывает полярное сияние. Он ясно показал, как электрон движется по спиральной траектории вдоль геомагнитных силовых линий и что происходит в области полюсов. Тот мистический жаргон, на котором изъясняются лица, утверждающие, будто магнетизм служит для летающих тарелок источником энергии, был отчасти заимствован из работы Штёрмера, а потом извращен и приспособлен для "тарелочной" пропаганды.

Необходимо лишний раз подчеркнуть, что ни одна теория, описывающая движение заряженных частиц в магнитном поле, не говорит о том, что электрон, мчащийся от Солнца к Земле, извлекает энергию движения из магнитного поля. Весь этот путь электрон преодолевает в результате первоначального толчка, полученного на Солнце. Магнитное поле - это "рельсы", вокруг которых по спирали движется электрон. В слабом магнитном поле получается широкая спираль; в сильном магнитном поле спираль становится гораздо уже. Чем быстрее летит частица, тем меньше она делает витков на данном участке пути.

Примерные траектории частиц низкой энергии, извергнутых Солнцем, показаны на фиг. 65. Заряженные частицы никогда не достигают экватора. Фактически они будут концентрироваться в очень узкой полосе вокруг геомагнитного полюса. Штёрмер быстро заметил, что его первоначальная теория нуждается в уточнении, поскольку она должна была объяснить существование зоны полярного сияния. Тогда он предположил, что электроны обладают более высокой энергией и, вместо того чтобы падать возле самого полюса, опускаются по кругу примерно в 23 град. от полюса, то есть в зоне полярных сияний, как показано на фиг. 66.

Однако Сидней Чэпмен в Англии доказал, что предположение Штёрмера относительно электронов, которые якобы в больших количествах извергает Солнце, находится в явном противоречии с другими фактами. Покидающие Солнце электроны несут, как и положено электронам, отрицательный заряд. Следовательно, чем больше электронов извергнет Солнце, тем больше должен становиться положительный заряд самого Солнца. Как известно, противоположные электрические заряды притягивают друг друга. Лишь очень немного электронов успеет покинуть Солнце, пока положительный заряд солнечной поверхности возрастет настолько, что они не смогут преодолевать его притяжение. И действительно, всех электронов, которые все-таки успели бы преодолеть притяжение

Солнца, едва хватило бы на то, чтобы обеспечить питанием карманный фонарик в течение одной минуты. Таким образом, эта теория не в состоянии объяснить ту колоссальную энергию и яркость, которыми обладает полярное сияние.

Чэпмен и его коллега Ферраро высказывали немало соображений относительно облаков газа, извергающихся с солнечной поверхности. Они пришли к выводу, что поскольку газ все-таки покидает Солнце, значит, за каждым отрицательным электроном должен следовать положительно заряженный атом, от которого он оторвался. Атом, утративший электрон, называется ионом и, таким образом, поток электронов, фигурировавший у Штёрмера, был заменен облаками ионизированного газа, предложенными теорией Чэпмена.

Чэпмен показал, что, если такое облако частиц выбрасывается Солнцем, подобно тому как медленно поворачивающееся на месте пожарное судно выбрасывает струю воды, возникает ситуация, показанная на фиг. 67. Солнце делает один оборот вокруг своей оси примерно за 27 суток. Поскольку экваториальные области движутся несколько быстрее, чем области, лежащие в умеренных широтах, то нельзя одной какой-нибудь цифрой определить скорость вращения Солнца. Все же Солнце вращается быстрее, чем Земля движется по своей орбите. Следовательно, любое облако газа, выброшенное Солнцем, изогнется. как показано на схеме, и настигнет Землю сзади.

Как показали Чэпмен и Ферраро, а впоследствии еще более обстоятельно доказал Мартин из Австралии, на больших расстояниях от Солнца облака газа движутся почти беспрепятственно. Магнитные поля в космосе настолько слабы, что не могут служить направляющим рельсом, как предполагал Штёрмер. В сущности движущийся газ легко прорывается сквозь любое встреченное на пути магнитное поле, и если продолжать аналогию с железной дорогой, "ломает рельсы" и несется в мировом пространстве, почти не задерживаясь на магнитных силовых линиях. Вернее, "рельсы на полотне" останутся, но "зеленая улица" все равно не получится. Единственным воздействием, которое еще может оказывать магнитное поле, является небольшой фокусирующий эффект, удерживающий облако от рассеивания.

Такое облако ионизированного газа не может пробиться к самой поверхности Земли. На расстоянии трех-четырех диаметров от нее облако раскалывается, обволакивая Землю со всех сторон. Это происходит благодаря действию магнитного поля Земли, которое как бы раскрывает над земным шаром "космический зонтик" и спасает нас от потока ионизированного газа, выброшенного Солнцем. Таким образом, при идеальных условиях ни одна частица этого газа не могла бы достигнуть Земли, и мы никогда не видели бы полярных сияний.

Недавно я произвел некоторые исследования, основанные на одной новой науке, которая называется магнитной гидродинамикой. Исследования показали, что эти идеальные условия существуют лишь тогда, когда газовое облако абсолютно однородно и не имеет сколько-нибудь значительных сгущений газа внутри себя. Если какое-нибудь облако имеет острый неровный край, оно сильно прогибает магнитный зонтик Земли. Магнитные силовые линии гибки и эластичны. Как зонтик во время урагана, магнитные силовые линии иногда выворачиваются наизнанку, и тогда зонтик больше не защищает Землю от низвергающихся потоков солнечного газа. Вывернутый наизнанку зонтик превращается в воронку, как показано на фиг. 68.

Самое уязвимое место зонтика находится на послеполуденной и вечерней стороне Земли, так как облака ионов обычно догоняют Землю именно с этой стороны. Но самая большая впадина образуется в полярных областях, где магнитные силовые линии - ребра зонтика - расходятся друг от друга дальше всего. Таким образом, магнитный зонтик Земли почти не защищает зону полярных сияний. А когда в период особенно сильной солнечной активности на Землю обрушивается исключительно тяжелое или плотное облако газа, магнитные силовые линии могут быть "повреждены" и на более низкой широте; при этом воронка станет шире и в нее "засосет" больше ионизированного газа, словно работает гигантский пылесос (фиг. 69). Конец воронки образует у Земли длинную узкую трубку, примерно вдоль параллели. Таким образом, ионы, летящие через воронку, концентрируются и образуют нечто вроде занавеса.

Полярное сияние с его огромным многообразием непрерывно изменяющихся форм представляет собой изумительно красивое зрелище; его следовало бы увидеть каждому. Но когда оно вспыхивает на небе, мы должны напомнить просыпающемуся в нас суеверному ужасу, что подобные явления происходят на протяжении всей истории Земли. Мы восхищаемся их красотой, ибо знаем, какая сила их вызывает, и понимаем, что это вовсе не какие-то сверхъестественные явления и не знамения свыше. Однако мы не можем их предсказывать с такой же точностью, как солнечные затмения, которые тоже внушали людям беспокойство и ужас. Тем не менее мы все глубже понимаем процессы, совершающиеся на Солнце, все яснее отдаем себе отчет, каким образом магнитные ноля Солнца и Земли управляют движением облаков газа.

Интересное небесное явление, нечто среднее между полярными сияниями и тарелками, представляют собой так называемые перламутровые облака, имеющие, возможно, какое-то отношение к большой тарелке 1882 года. Это отливающие всеми цветами радуги облака, природа которых нам неизвестна; мы знаем лишь, что чаще всего они появляются в высоких широтах.