Небесные сполохи и земные заботы

Бортовые приборы спутников собирают данные об основных обитателях ближнего космоса - быстрых (энергичных) заряженных частицах. Такого рода частицы попадая в верхние слои земной атмосферы, вызывают свечение воздуха - полярные сияния. Небо высоких широт представляет собой что-то вроде экрана гигантского телевизора: распределением частиц, которые бомбардируют этот экран, заставляя его светиться, управляют космические процессы. Явление, долгие годы бывшее символом освоения суровых полярных широт, стало в наши дни символом изучения космического околоземного пространства, светящийся занавес с бахромой можно увидеть теперь на обложке книги по космофизике или на эмблеме совещания специалистов по ближнему космосу.

Что же видно на природном "голубом экране"? Обобщим. "Телепередачи", цветные, с мятущимся изображением, какое описал Ушаков, бывают сравнительно редко. Типичная картина - сияния куда более спокойные, одноцветные или с небольшой подсветкой. Самые малоподвижные имеют и самый простой вид. Это белесые с желтизной пятна и ровно светящиеся линии (дуги). Среди дуг есть по-своему замечательные: длинные, узкие, четко очерченные - при ширине до нескольких десятков километров (бывают и уже одного километра) они тянутся в направлении примерно восток - запад на расстояния сотен и даже тысяч километров. Может быть одновременно несколько параллельных дуг. Дуги часами остаются неподвижными или медленно плывут по небу. Но вид дуги может внезапно измениться: вся она пойдет вдруг вертикальными лучами - подвижными столбиками света, станет похожей на свисающий занавес или бахрому. Это сходство становится еще сильнее, когда занавес начинает колыхаться и на нем появляются вертикальные складки. Они иногда заворачиваются на полный оборот и даже больше, и тогда нижний край занавеса выглядит как цепочка двойных спиралей. Впрочем, спираль может быть настолько большой, что весь небосклон занят лишь ее частью. Такие неспокойные дуги легко распадаются на отдельные светящиеся пятна.

Но даже над теми формами сияний, которые при наблюдении с Земли должны были бы восприниматься как простые, с ровным свечением, космонавты, находясь на орбите, видят области с лучистой структурой, где стоят светящиеся столбы - "прожекторы". Если с Земли смотреть на лучистое полярное сияние, находясь прямо под ним, то кажется, будто лучи сходятся. Это тот же эффект перспективного сокращения, из-за которого нам кажутся сходящимися вдали рельсы железной дороги. Нижние концы лучей находятся на высоте от 100 до 150 километров. Горизонтальные размеры лучей - от нескольких десятков метров до нескольких километров. Не всегда лучи "вделаны" в дугу или пятно, иногда просто горят отдельной связкой.

Нередко большая часть неба бывает покрыта ровным свечением. И есть черные полярные сияния - темные места внутри свечения. Они имеют вид тонких лент или четких вытянутых эллиптических отверстий.

Все эти, как их называют специалисты, неоднородности, или формы, сияний обычно движутся. Их скорость считается небольшой по меркам науки о сияниях, она не превосходит двух-трех километров в секунду, причем иногда формы движутся так медленно, что глазу кажутся неподвижными. В лучистых формах скорость отдельных лучей больше - до 50 и даже 80 километров в секунду. Вот как описывает такое движение знаменитый путешественник и ученый Ф. Нансен: "Вдруг из светящейся ленты выскакивают лучи; они почти достигают зенита; еще и еще - они мчатся с дикой быстротой по верху ленты с востока на запад; они летят словно издалека, издалека, все приближаясь и приближаясь".

Даже самые спокойные формы полярных сияний практически никогда не появляются от раза к разу на одном и том же месте. Сияние не может в заранее известный час заглянуть к нам в окно, как это делает солнце.

Можно ли узнать что-нибудь определенное о космосе, наблюдая полярное сияние - это непростое явление, которое само стало изучаться всесторонне лишь недавно? Оказывается, можно, и немало. Но при этом нужно на время отвлечься от подробностей и взглянуть на все с более широкой точки зрения, попытавшись представить себе общую картину через наблюдения в отдельных точках. Заметим, что и на экране обычного телевизора невозможно воспринять изображение, скрупулезно рассматривая маленький кусочек экрана.

Первый шаг в создании общей картины сделали в начале 60-х годов советские ученые О. В. Хорошева и Я. И. Фельдштейн. Они поставили вопрос так: где на Земле полярные сияния случаются одновременно? На фоне того что говорится и пишется о физике XX века, этот вопрос звучит с какой-то средневековой непритязательностью. И тем не менее верного ответа на него не было. К началу космической эры полярные сияния оставались на удивление неизученными.