Мы уже говорили с вами о рефракции — о распространении света в среде с меняющимся коэффициентом преломления. Чем ближе солнце находится к горизонту, тем менее благоприятными могут быть условия для прямолинейного, без помех, без явлений рефракции, прохождения солнечных лучей к наблюдателю. Понять это в общем-то не так уж сложно: у земной поверхности; когда лучи солнца идут к наблюдателю в горизонтальной плоскости, им приходится преодолевать большую толщу нижних слоев атмосферы с разной плотностью, с постоянно меняющимися границами между ними. По сути дела, «игра» солнца — это тот же мираж. Естественно, что если солнце стоит значительно выше горизонта и тем более в зените, на пути его лучей оказываются более спокойные и однородные слои воздуха. Солнечные лучи хоть и искривляются, но не настолько, чтобы вызвать у нас разного рода зрительные иллюзии. «Чудес на свете много», — поется в одной популярной песенке. Их и впрямь много, но ни за одним из них не стоит некая непознаваемая потусторонняя сила. Было бы сильным преувеличением утверждение о том, что механизм всех разнообразных здесь описанных и многих других оставшихся вне нашего с вами внимания оптических явлений в атмосфере изучен до тонкости и нет больше никаких вопросов. И вопросы есть, и многое еще предстоит изучить, но в том, что все это поддается изучению, наука нисколько не сомневается.
Удивляет электричество
Легче всего обмануть самого себя.
Демосфен
«Счастливое знамение»
В древнем мире еще были замечены эти странные голубые огоньки, намекавшие на что-то необычное. Тогда это явление называли огнями Кастора и Поллукса — по имени мифологических героев-близнецов. А позднее переименовали в огни Эльма — по названию церкви святого Эльма в Италии, где они появлялись. Особенно часто такие огни наблюдали на мачтах кораблей. Римский философ и писатель Луций Сенека отметил, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нок-реи, ноки грузовых стрел — все светилось. Казалось, что на шканцах, через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нок-рей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом: «Словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горели валежник и сухая трава…»
Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить. Несмотря на всю кажущуюся необычность этого явления, оно довольно давно нашло естественное объяснение: такие огни — тихие электрические заряды в атмосфере. Наблюдают их чаще всего во время гроз, снежных бурь, шквалов, когда в облаках и на поверхности земли накапливается большое количество электричества.
Наша планета окружена электрическим полем, подобным тому, какое образуется вокруг любого заряженного электричеством тела. В большинстве случаев воздух заряжен положительно, а земля отрицательно. Возникновение электрического поля в нижних слоях атмосферы происходит, главным образом, за счет ионизации воздуха.
Обычные молнии сопровождаются оглушительным треском — громом, ведь молния — это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов, различное по продолжительности. В принципе это тот же разряд, но только «тихий», специалисты называют его коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне.
При таком разряде из различных острых выступов — шпилей, башен, высоких шестов, деревьев, корабельных мачт и т. д. — начинают выскакивать одна за другой маленькие электрические искры. Если искр много и процесс длится более или менее продолжительно, мы и видим бледно-голубоватое сияние, похожее на язычки пламени.
Ионизация атмосферы в верхних слоях обычно выше, чем в нижних. Поэтому потенциальные электрические поля в горах обладают значительно большей интенсивностью, чем на равнинах. И огни Эльма в горных районах наблюдаются чаще.
Мало есть в природе явлений, способных сравниться по красоте и величественности с полярными сияниями!
Сполохи — так их называют иногда у нас на Севере — играли на небе несколько часов.
Северян, исконных жителей Заполярья, сполохами не удивишь. Там северные сияния — привычное явление.
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.
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.
И не только на Севере
Когда Солнце выбрасывает с большой скоростью особенно мощные потоки частиц, полярное сияние может оказаться совсем не полярным. 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. Два дня 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. Можно сказать так: внимание к ним растет пропорционально росту наших интересов к процессам, происходящим и в атмосфере Земли, и на Солнце, а также благодаря возросшим техническим возможностям науки. Теперь у исследователей полярных сполохов появились могущественные помощники — геофизические ракеты, искусственные спутники Земли, снабженные самой современной аппаратурой.
Приборы, установленные на спутниках, уже дали ученым немало ценнейших сведений о самых высоких слоях земной атмосферы — их химическом составе, строении, плотности и о многом другом. Все это позволило кое-что уточнить в представлениях о природе полярных сияний, что-то пересмотреть, от чего-то полностью отказаться.
Идет быстрый процесс углубления наших знаний, и он еще далек от завершения. 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, ни у кого не вызывает сомнения.
Молния-загадка
«Дорогая редакция, — пишет одна из читательниц журнала «Знание — сила», — прошу объяснить случай, происшедший со мной 19 августа 1960 года. Шла я с автобуса в Борисовку, где живут мои родители, и заметила светящую фару мотоцикла, движущегося навстречу мне из леса. Но как может мотоцикл передвигаться после дождя по суглинистому полю? Остановилась и стала внимательно смотреть.
«Фара» остановилась от меня на расстоянии 30 метров. Тут я заметила, что нет признаков какой-либо машины. «Фара» вдруг направилась прямо на меня и в 2–3 шагах встала — и я стою, стараясь разгадать, что это может быть. Потом она медленно стала удаляться, расстояние между мной и «фарой» стало увеличиваться, а затем она быстро ушла в сторону Кукшева». Перед нами одна из многочисленных встреч с любопытнейшим явлением природы — шаровой молнией.
Этот феномен долгое время не получал признания в науке. О шаровой молнии говорили, что это оптический обман и ничего более. Французский физик Маскар называл ее «плодом» возбужденной фантазии». А в одном из немецких учебников по физике еще в конце прошлого века утверждалось, что шаровая молния не может существовать, поскольку это «явление, не отвечающее законам природы».
