Небесные сполохи и земные заботы

При упоминании этого имени космофизики разных школ и направлений ведут себя очень похоже. Скажут: «Да… Данжи…» — и задумаются. У кого на лице восхищение («Надо же так: одно наглядное соображение, показ, так сказать, на пальцах, и такие далеко идущие выводы, причем опыт подтверждает их!»); у кого удивление («Почему так получается, как может простенькая исходная посылка развернуться в описание таких разнообразных явлений?»); у кого стыдливость («До сих пор наука не нашла чем заменить или как отменить этот показ на пальцах!»).

Гипотеза Данжи — ключ к пониманию физики магнитосферы, и с ней стоит познакомиться.

Физические законы выражаются уравнениями. Но, по словам английского гидромеханика Моффата, «основные уравнения физики могут содержать все сведения о мире, но эти уравнения скрытны и неохотно отдают заключенные в них сведения». Кажется невозможно ни в чем разобраться, не прибегая к сложным математическим формулам. «Однако в основе любой физической теории лежат не формулы, а идеи», — это свидетельство А. Эйнштейна. Концепция Данжи — именно идея. Ее может воспринять Даже неспециалист. Мне хочется представить ее читателю от начала до конца еще и потому, что это редкий случай дать некосмофизикам точную научную информацию, так сказать, без деформации.

Данжи стал рассматривать вещество, заполняющее околоземное пространство, как сплошную среду с некоторым электрическим сопротивлением.

— Позвольте, — непременно прервет меня здесь читатель, — какая среда в магнитосферу? Когда столько толковали о радиационных поясах, говорили о невзаимодействующих частицах. А теперь оказалось, что магнитосфера заполнена средой. Понятно, что космос — не абсолютная пустота, какие–то частицы там есть, но частицы, летающие каждая сама по себе, и среда, которая движется как единое целое, — это совсем не одно и то же!

Действительно, с этим не все гладко. Даже если учесть, что космос в основном заполнен заряженными частицами (а такие частицы оказывают друг на друга электрическое и магнитное воздействия на огромных по сравнению с их размерами расстояниях), остается вопрос: насколько все же сильны эти воздействия? Увы! Непосредственно измерить их с борта космического корабля практически невозможно, поскольку его приборы не дают нам достаточно подробной информации о частицах, удаленных от корабля.

Остается обратиться к теории. А там пока тоже нет ответа…

Кто–то сказал, что если физика–теоретика просят дать математическое описание стола, то он очень быстро находит решение для случая стола без ножек и для случая стола с бесконечным числом ножек, а потом долго и безуспешно бьется над задачей о столе с четырьмя ножками.

Эту шутку вполне можно отнести и к теоретикам–космофизикам.

Плазма магнитосферы очень разрежена, но не настолько, чтобы частицы можно было считать невзаимодействующими друг с другом. Математические методы описания такой плазмы еще не разработаны. Поэтому теоретикам приходится подбираться, так сказать, с одного из двух противоположных концов: либо рассматривать ее как состоящую из отдельных, прямо не связанных между собою частиц (вот он, стол без ножек), либо, наоборот, как некую сплошную среду вроде жидкости, в которой «индивидуальность», то есть положение, скорость и прочее, каждой частицы вообще не выделяется (стол с бесконечным числом ножек). Какой из этих двух противоположных подходов лучше для описания данного явления, выясняется часто лишь на конечном этапе теоретического исследования, при сравнении результата расчета и наблюдений. Например, мы уже видели, что с помощью «одночастичного» подхода можно понять природу радиационных поясов Земли. Как мы увидим сейчас, другой способ описания реальной плазмы, который уподобляет ее проводящей жидкости, позволяет составить представление о важнейших глобальных процессах в космосе.

Почему авроральный овал то стягивается к магнитному полюсу, то, наоборот, растягивается, сползая в более низкие широты? Почему сияния в овале то слабые, малозаметные, то мощные и яркие? Довольно часто отдельные формы сияний плывут как целое по небу. Куда плывут они и почему? Ясно, что все зависит от космической обстановки. Что же определяет эту обстановку? Гипотеза Данжи дает на эти вопросы однозначный и неожиданный ответ.

Итак, представим себе, что мы имеем дело с текучим проводником (жидким или газообразным; и то и другое физики для краткости называют «жидким» проводником). Когда по такому проводнику идет ток, то движение его, равно как и распределение магнитного поля в нем, может оказаться очень сложным: ведь это движение проводника в магнитном поле, и наш проводник выступает одновременно и в роли электромотора, и в роли генератора тока. В земных установках (электромоторах и динамо–машинах) все гораздо проще. Мы заранее знаем, будет ли наше устройство работать как мотор или как генератор. Иными словами, всегда можем судить, что первично, что вторично: будет ли ток заставлять двигаться якорь с обмоткой или движение будет создавать ток.