История постижения полярных сияний

Почему же происходят полярные сияния?

Тайна полярных сияний оставалась нераскрытой в течение многих веков. Относительно их природы и происхождения было высказано много гипотез, подчас весьма наивных.

Так, например, считали, что полярные сияния являются отблесками солнца, опустившегося за горизонт. Предполагали так же, что это свет, который якобы испускают полярные льды во время особенно сильных морозов. Аристотель полагал, что «верхние слои воздуха, сгущаясь, могут воспламеняться»; в этом он ошибочно усматривал причину полярных сияний. В учебнике физики ХVIII в. в разделе, посвященном сияниям, утверждается, что «выскакивающие лучи не что иное суть, как зажженные горючие пары», и что «материя северного сияния и молнии одинаковая».

Все эти утверждения также являются ошибочными.

Именно М. В. Ломоносов высказал правильное предположение, что небесные сполохи, так называют полярные сияния жители Севера, в своей основе имеют электрическую природу. Он брал стеклянный шар, из которого был выкачан воздух, пропускал через него электрические заряды и получал нечто похожее на полярные сияния в миниатюре. Ученый полагал, что природа полярного сияния такая же, как и свечения газового разряда. Он писал: «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 кажется. В северном сиянии всполохи или лучи вид подобный имеют». Отметим также опыты Ломоносова по наблюдению зеленого свечения ртутных паров в откачанной трубке с жидкой ртутью при резких встряхиваниях трубки. Это свечение в еще большей степени походило на холодное свечение полярных сияний.

Наблюдавшееся в опытах Ломоносова свечение в самом деле сродни свечению сияний. Забегая вперед, заметим, что во всех этих случаях наблюдается так называемое люминесцентное свечение. Правда, причины, вызывающие свечение паров ртути во встряхиваемой трубке, свечение в газовом разряде, полярное сияние, различны; здесь мы имеем дело с разными видами явления люминесценции.

Таким образом, хотя Ломоносов довольно близко подошел к пониманию природы полярных сияний: «…весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе Електрической силы…». Независимо от него вывод о близости физической природы газового разряда и полярного сияния сделали Бенджамин Франклин и англичанин Ж. Кэнтон.

Исследования продолжались, ученые подтвердили предположение М. В. Ломоносова. Они заполняли полые трубки азотом, водородом, аргоном, неоном и другими разреженными газами и пропускали через них электрический ток. Опыты показали, что каждый газ светится по-своему: неон — красным, аргон — голубым, кислород — зеленым цветом и т. д. Научным путем было доказано, что полярные сияния действительно имеют электрическую основу.

Далее установлено, что свечение происходит в верхней части атмосферы — ионосфере — и возникает на высоте от 80 км и выше.

Активность полярных сияний зависит от состояния Солнца. Если на светящейся его поверхности — фотосфере — появляется много пятен, а это происходит примерно через каждые одиннадцать лет, то полярные сияния наблюдаются чаще и охватывают обширные пространства. В таких случаях их можно увидеть в Ленинграде, Москве и в более южных районах. Например, полярное сияние 4 февраля 1872 г. наблюдали почти на всем земном шаре.

Очень сильным полярное сияние было в ночь с 25 на 26 января 1938 г. Его видели жители почти всей европейской части нашей Родины.

Наша планета представляет собой гигантский магнит, и потому у нее есть свое огромное магнитное поле, которое оказывает влияние на многие природные процессы.

С поверхности Солнца выбрасывается огромный поток заряженных частиц (протонов и электронов), называемых «солнечным ветром»; сталкиваясь с различными атомами и молекулами воздуха в верхней части атмосферы, они порождают полярные сияния. Изучая их, ученые получают сведения о составе газов верхних частей атмосферы, о скорости и энергии частиц «солнечного ветра», одновременно исследуются процессы, связанные с возникновением магнитных бурь.

Ученым стало, известно, что полярные сияния и магнитные бури — явления взаимосвязанные. Интенсивные полярные сияния вызывают сильные возмущения в магнитном поле Земли — разражаются мощные магнитные бури. Это ничего хорошего не сулит, ибо нарушается нормальная работа телеграфа, телефона, радиосвязи, сильно «шалит» стрелка компаса.

По-настоящему загадку полярных сияний удалось разгадать лишь в наше время. И хотя здесь еще осталось немало невыясненных вопросов, все же картина в целом вполне ясна. Это стало возможным благодаря развитию современной физики и успехам в области космических исследований.

В конце 50-х — начале 60-х проводились такие научные мероприятия, в результате которых был собран настолько большой фактический материал, что стало возможным составить более полное представление о физических свойствах полярной ионосферы, о природе геомагнитных бурь и полярных сияний.

В январе 1975 г. русские и французские ученые произвели грандиозный эксперимент «Аракс». Слово это составлено из начальных букв французских слов, которые означают: искусственное полярное сияние — Кергелен — Советский Союз.

С острова Кергелен в Индийском океане была запущена ракета «Эридан» с электронной пушкой, созданной нашими учеными. В заданное время в атмосферу был выброшен поток заряженных частиц, вызвавший над северной тайгой искусственное полярное сияние, зарегистрированное установками в Пинежском районе. И, хотя сияние было слабым и коротким, и погода не благоприятствовала проведению эксперимента, все же опыт удался. Перед учеными открылась перспектива более углубленного познания процессов, совершающихся в околоземном пространстве.