Покоренный электрон

В 1743 году в Петербурге наблюдали особенно большое и яркое полярное сияние, и тогда М. В. Ломоносов написал торжественное стихотворение:

Но где ж, натура, твой закон?
С полночных стран встает заря!
Не солнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мечут огнь моря?

Что зыблет ясный ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от земли в зенит?

В этом стихотворении Ломоносов впервые выразил мысль, что полярные сияния — сродни молнии. Они, следовательно, электрические явления, — в электрической природе молнии Ломоносов нисколько не сомневался.

На мысли об электрической сущности полярных сияний Ломоносова наводил общеизвестный в те времена опыт «с трясением барометра».

Ртутные барометры делали тогда из стеклянных трубок, запаянных с одного конца. Такую трубку наполняли ртутью и затем переворачивали открытым концом в чашку с ртутью. Часть ртути выливалась в чашку, а часть, удерживаемая атмосферным давлением, оставалась в трубке. При этом в верхнем запаянном конце трубки над ртутью создавалась полость, содержащая сильно разреженный воздух и пары ртути.

Когда такой барометр сильно встряхивали, то в полости над ртутью возникало зеленоватое свечение. Некоторые ученые думали, что свечение барометра родственно свечению фосфора, но опыты не подтвердили этого предположения.

У Ломоносова имелась электрическая машина наподобие той, что была у Герике, но только вместо серного шара в ней вращался пустотелый стеклянный шар, из которого был выкачан воздух.

Когда шар вращали, одновременно натирая его ладонями, то внутри шара появлялось довольно яркое свечение, которое «в темноте изрядную палату освещать могло». Это свечение несомненно вызывалось электризацией шара. Когда на поверхности шара накапливались и искрили электрические заряды, — внутри его струился зеленоватый свет, такой же, как и в ртутном барометре.

И Ломоносов пришел к гениальному выводу: «Свет в трубках без воздуха электрический!».

Свечение разреженного воздуха в приборах было чрезвычайно похоже на игру полярных сияний, возникающих в самых верхних, разреженных слоях земной атмосферы. Высоту полярных сияний Ломоносов определил почти безошибочно — в 400 километров, а на такой высоте воздух действительно сильно разрежен. Поэтому причину полярных сияний Ломоносов видел в электрических разрядах, образующихся вследствие трения водяных паров и частичек воздуха в восходящих потоках атмосферы.

Ломоносов был прав, считая, что природа полярных сияний электрическая. Однако причина свечения — другая. Теперь известно, что Солнце выбрасывает в пространство потоки заряженных частиц. Они-то и вызывают свечение газов в верхних слоях атмосферы.

Героическая смерть Рихмана

Об электрической природе молнии некоторые ученые догадывались еще до Ломоносова. В 1698 году некто Уолл, раздобыв большой кусок янтаря, стал натирать его и получил искру в дюйм длиной.

При этом «раздался такой звук, точно в печке лопнул кусок угля».

То было подобие молнии и грома, воспроизведенных в маленьком, комнатном масштабе. Сходство имелось несомненное, но сходство — не доказательство. Чтобы убедиться в действительном родстве между электрической искрой и молнией надлежало «поймать» настоящую молнию и установить ее электрическую природу.

Это осуществили летом 1752 года М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман.

Рихман взял железный прут длиной в 180 сантиметров, продел его сквозь бутылку с отверстием в донышке и укрепил на крыше своего дома. Ученый привязал к пруту железную проволоку и, тщательно изолировав ее от стен дома, провел в комнату. С конца проволоки свешивалась линейка с льняной или шелковой нитью, служившей для измерения величины электрических зарядов. Когда в проволоке появлялись электрические заряды, нить отходила от линейки и «гонялась за пальцем».

Свой прибор ученые назвали «громовой машиной». Она служила для многочисленных наблюдений силы и характера электрических разрядов в атмосфере. Такую же «громовую машину» установили и в доме Ломоносова (рис. 17).

Рис. 17. Электрическая стрела Ломоносова.

Оба ученых самоотверженно работали, не считаясь с опасностью для жизни.

26 июля 1753 года, во время заседания в Академии наук, Рихман заметил, что приближается гроза, и поспешил домой. Он хотел в этот день показать гравировальному мастеру Соколову электрические явления и действие «громовой машины», чтобы Соколов смог выгравировать рисунки для печати.

Рихман и Соколов прошли в комнату, где находился прибор. Рихман поглядел в окно и сказал, что гроза еще далеко и опасности нет никакой. Он стоял возле самого прибора и смотрел на электрометр.