Ученые изменяли условия опыта. Заполняли трубки различными газами — азотом, водородом, неоном, аргоном... И в трубках возникало свечение разных цветов — желтое, красное, голубое...
Так были получены в лабораториях ученых маленькие искусственные полярные сияния. В электрической природе этого явления теперь уже можно было не сомневаться. Но' это были только первые шаги в тайну многоцветных призраков, играющих высоко в небе. Надо было найти ответ, какие частицы или лучи вызывают свечение воздуха в верхних слоях атмосферы. Кроме того, полярные сияния чаще всего наблюдают вблизи полюсов земли — Северного и Южного. Чем объяснить это?
Ученые уже давно обратили внимание на одно интересное обстоятельство : полярные сияния
особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наблюдается наибольшее число пятен.
А что такое солнечные пятна, вы помните? Это менее горячие участки видимой нами поверхности Солнца — фотосферы, имеющие вид своеобразных кратеров, вихревых «воронок». Размер их иногда в несколько раз превосходит поперечник Земли. Количество солнечных пятен и их размеры в разные годы различен.
Примерно через каждые одиннадцать лет число пятен на Солнце бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, в годы минимума на Солнце месяцами не наблюдают ни одного пятна.
Свечение разреженного газа.
Светящиеся частицы.
Вот с этим далеким от Земли явлением и связано самым тесным образом полярное сияние. Установлен бесспорный факт: как только большое, пятно или группа пятен проходит вблизи центра солнечного диска, после этого почти всегда через 20—40 часов играют яркие сполохи.
Одновременно с этим на Земле разражается магнитная буря, когда резко ухудшается радиосвязь на коротких волнах, нарушаются правильные показания компаса, осложняется работа телеграфа и телефона.
Что же тут происходит?
Наше Солнце — раскаленный газовый шар громадных размеров. Это как бы гигантская печка, излучающая в пространство огромное количество тепла. Вместе с тем Солнце выбрасывает в мировое пространство потоки электрически заряженных частиц. Достигая верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, эти потоки сталкиваются с частицами газов, входящих в состав воздуха (главным образом азота и кислорода), и приводят их, как говорят физики, в возбужденное состояние — атомы начинают испускать свет.
Так рождается полярное сияние. Происходит оно на высоте примерно от 80—100 до 900—1100 километров; бывает и выше.
Мысль о том, что наше Солнце излучает в мировое пространство потоки мельчайших частиц, заряженных электричеством, впервые была высказана учеными еще в 80-х годах XIX века. Вскоре после этого норвежский физик Биркеланд поставил интересный опыт. Он изготовил небольшой шар — подобие нашей Земли, который можно намагничивать. Сверху он был покрыт краской, светящейся от ударов электрически заряженных частиц — электронов и ионов. Затем ученый поместил шар в сосуд с разреженным воздухом и «обстрелял» его потоком заряженных частиц. Пока шар не был намагничен, поверхность полушария, обращенная к источнику летящих частиц, светилась вся равномерно. Как только шар намагничивали, свечение возникало у его магнитных полюсов.
Но почему мы наблюдаем это свечение у полюсов Земли?
Поговорим о другом природном явлении — магнетизме. Магнитная стрелка компаса указывает своими концами на юг и на север. Какие силы здесь действуют?
В школе, на уроках физики, иногда проделывают такой любопытный опыт. В большой чашке, наполненной водой, плавают маленькие рыбки, сделанные из пробки. Берут небольшую палочку, на конце которой находится маленький «червяк», и подносят ее к одной из рыбок. Рыбка бросается к «червяку», и, когда быстро поднимают палочку, пойманная рыбка висит на «удочке», притянутая какими-то невидимыми силами, словно она и на самом деле проглотила червяка. Сняв с «крючка» добычу, снова забрасывают «удочку» в воду. Через мгновение новая рыбка устремляется к «червяку» и оказывается «на берегу». Но вдруг удачный лов прекращается. Сле-
дующая рыбка, когда рядом с ней забрасывают «удочку», не только не бросается к «червяку*, но даже отворачивается от него. «Рыболов* подносит палочку с «червяком» к самому носу рыбки, но та снова быстро отплывает от коварной приманки. Что такое? Еще и еще раз подносят «червяка* к рыбке, стараясь поймать ее на «крючок*, но все напрасно: она упорно не желает быть пойманной. Всякий раз, как к ее носу подносят палочку с «червяком», рыбка быстро отворачивается от него, отплывая в сторону.
Оставив в покое упрямую рыбку, «рыболов» подносит палочку к другой рыбке. Как и первые две, эта, не заставляя себя ждать, бросается на «червяка» и повисает на «удочке». Однако следующая рыбка снова не желает «клевать» и отплывает от «червяка» в сторону.
Но вот наконец лов закончен. На «берегу» в кошелке «рыболова» лежит около десятка маленьких серебристых рыбок. А несколько рыбок по-прежнему плавают в воде — они не стали «клевать» на «червяка»: как видно, эта приманка оказалась им «не по вкусу».
В чем разгадка этого физического опыта с маленькими игрушечными рыбками? Она проста.
В каждой рыбке имеется маленькая стальная полоска, кончик которой высовывается из ее носа. Такая же полоска помещается на палочке. Эти полоски намагничены и представляют собой маленькие магниты. Как известно, каждый магнит обязательно имеет два полюса — северный и южный. Маленькие магниты, запрятанные в рыбках и в палочке, расположены в них таким образом, что в носах у рыбок и на кончике палочки у «червяка» находится какой-нибудь один полюс — северный или южный. В этом и кроется разгадка «рыбной ловли» на уроке физики.
Вы уже поняли несложный секрет пробковых рыбок? В палочке — там, где нарисован червячок, — также помещен один из магнитных полюсов, скажем северный. Если вы подносите такую палочку к рыбке с «южным носом», она, не задерживаясь, «клюет». Но стоит вам попасть на рыбку, в носу которой находится северный полюс, как ее уже на вашу «удочку» не поймать.
Взаимодействие магнитов связано с существованием поля магнитных сил, а они больше всего проявляются у полюсов магнита — северного и южного.
Такие невидимые силы есть у любого магнита, а самый большой магнит — наша Земля. Как и маленькая стрелка компаса, она также имеет свое мощное поле магнитных сил. Все мы живем в этом поле, причем, как показывают исследования последних лет, магнитные силы Земли оказывают свое действие на многие природные процессы.
Под действием этого поля магнитная стрелка компаса и показывает направление на юг и на север: концы маленькой магнитной стрелки отталкиваются от одного магнитного полюса Земли и при-
тягиваются к другому. Стрелка располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли.
Но мы никак не доберемся до главного: почему полярные сияния происходят чаще всего и сильнее всего у земных полюсов?
Совершим еще один маленький экскурс в учебник физики. Проделайте такой несложный опыт.
Над магнитной стрелкой компаса протяните провод так, чтобы он располагался параллельно стрелке, и пустите по проводу ток от батарейки карманного фонаря.
Магнитная стрелка тут же отклонится от своего прежнего положения. Выключите ток — и стрелка вернется в свое прежнее положение.
Электрический ток отклоняет магнитную стрелку! Но электрический ток в металлах — это, как известно, поток мельчайших электрически заряженных частиц — электронов. Значит, электроны, двигаясь по проводу, образуют вокруг провода магнитное поле.
Пользуясь железными опилками, можно даже увидеть воочию это поле. Если через лист картона с опилками пропустить толстый провод и пустить по нему электрический ток, то железные опилки расположатся на картоне кругами вокруг провода.
Именно это открытие, сделанное полтора века назад, привело к открытию электромагнита. Оказалось, что проволочная катушка, по которой идет электрический ток, подобна магниту: один ее конец притягивает к себе южный полюс, другой — северный.
Теперь картина с полярными воздушными призраками легко объясняется. От Солнца к Земле несется поток электрически заряженных частиц. Он окружен своим полем магнитных сил. Но впереди, у Земли, их встречает другое — и более мощное — магнитное поле. В результате их взаимодействия солнечные частицы и отклоняются к полюсам.
Многое зависит тут от скорости движения частиц: чем медленнее они летят, тем попадают ближе к магнитным полюсам. А беспрерывная игра небесных сполохов, их переливающиеся дуги, вспыхивающие и гаснущие лучи?
Они связаны с изменением сил магнитного земного поля и с тем, что поток частиц, идущих от Солнца, неодинаков по своей интенсивности.
Полярное сияние — очень сложное природное явление. Многое еще в нем остается загадкой. Так, не совсем ясно, какие именно электрические частицы — электроны, ионы или протоны — вызывают свечение неба. Некоторые ученые думают также, что Солнце оказывает влияние на полярные сияния и другим путем. Как известно, в состав солнечного излучения входят ультрафиолетовые лучи — те самые лучи, которые вызывают загар. Под их действием на больших высотах атомы газов, входящих в состав воздуха, превращаются в ионы. Благодаря этому в верхних слоях атмосферы существует область, хорошо проводящая электричество, — ионосфера. И именно здесь, в ионосфере, полыхают полярные сияния.
