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.
КОМЕТЫ, МЕТЕОРЫ, ПАДАЮЩИЕ ЗВЁЗДЫ И ДРУГИЕ НЕБЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Кометы, или "волосатые звезды", рассматривались древними, а впоследствии и просто суеверными людьми как самое ужасное предзнаменование.
Наши телескопы показали, что кометы появляются не так уж редко, как мы представляем себе, когда смотрим на небо невооруженным глазом. На каждую действительно яркую комету приходятся буквально сотни гораздо меньших и менее ярких комет, которые мы опознаем по форме их орбит или по окружающему их туманному облаку. Лишь самые яркие кометы, которые подошли совсем близко к Солнцу, имеют длинные хвосты.
Люди обычно боятся того, чего не понимают. Эти "пылающие звезды" с хвостами, опоясывающими чуть не половину небосвода и похожими на изогнутый меч или саблю, разумеется, изумляли людей, которые никогда не видели их раньше и ничего не знали о природе комет.
Древние ученые считали кометы испарениями Земли, что соответствовало их знаниям и логике. Великий авторитет в области астрономии тех времен, Птоломей, объясняя движение планет и звезд, поместил каждое из семи известных тогда небесных тел - Луну, Меркурий, Венеру, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн - в хрустальную сферу, где каждое тело вращается на специальной оси в соответствии с определенным законом. Предполагалось, что сферы эти из тончайшего хрусталя и потому кажутся совершенно прозрачными. За этими семью сферами была еще восьмая, где располагались звезды небесные.
