Тайны будущего. Прогнозы на XXI век

Много раз впоследствии долгими полярными ночами я наблюдал полярные сияния, стараясь проникнуть в тайну последовательности и чередований всех бесчисленных форм этого исключительного явления природы.

Но слишком многочисленны и бесконечно разнообразны в своей многоцветности и конфигурации были каждый раз наблюдаемые мною сияния, чтобы я мог установить какую-нибудь закономерность в процессе сочетаний красок и форм, в непрерывной смене их на небосводе. Да и те изобразительные средства, которые доступны человеку — слова, кисть художника и в особенности фото, — слишком слабы, чтобы полностью передать впечатления от этого явления».

У каждого, кто наблюдал полярные сияния, возникает один и тот же, главный вопрос: что это такое?

Коренные жители Европейского Крайнего Севера называли сияния «лисьим огнем». Полагали, что лиса махнула своим хвостом по снегу и пошли искры вверх, огнем разгорелись. Индейцы Северной Америки считали, что сияния — это отблески далеких костров. Туземцы Новой Зеландии называют полярные сияния большим костром (таху — нуи-а-ранги). Арабский посол, прибывший к царю славян, Ахманд ибн Фарлан наблюдал полярное сияние на Севере, которое он описал так: «Я поднял голову, и вот облако, красное, как огонь, находилось близ меня. Из него исходили шум и голоса, в нем были видны как бы люди и кони, в руках этих фигур были луки, копья и мечи; я различал и представлял их себе. И вот показалось другое подобное облако, в котором я также видел людей с оружием и копьями, и оно устремилось на первое, подобно тому, как один полк конницы нападает на другой. Мы испугались этого и стали покорно молиться богу, а жители страны издевались над нами и удивлялась нашему действию…»

Викинги Скандинавии считали, что сияния — это блеск одежды богинь-воительниц — валькирий, которые пролетают на своих конях по небу. Валькирии спешат подарить храбрейшим победу, а павших в бою унести.

М. В. Ломоносов задавал вопрос: «Что такое сияние» в стихах:

Что зыблет ясной ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от Земли в зенит?
Как может быть, чтоб мерзлый пар
Среди зимы рождал пожар?

В своем трактате М. В. Ломоносов так отвечает на эти вопросы: «Весьма вероятно, что северное сияние рождается от происходящей на воздухе электрической силы. Подтверждается сие подобием явления и исчезания, движения, цвета и вида, которые в северном сиянии и в электрическом свете третьего рода показываются». Сияния показаны на рис. 14–21.

_{Рис. 14. Лучистая дуга полярного сияния. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 15. Лучистая дуга с завитком. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 16. Лучистая дуга с завитком. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 17. Лучистая дуга полярного сияния. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 18. Две лучистые полосы со складками. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 19. Две лучистые полосы со складками. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 20. Лучистая полоса-спираль. Фото Г. Чернова}

_{Рис. 21. Лучистая полоса-спираль. Фото Г. Чернова}

Как рождаются сияния? Чтобы ответить на этот вопрос, проследим, что происходит, когда заряженная частица (электрон, протон) пролетает через атмосферу. Частица сталкивается с атомами и молекулами. Столкновение есть столкновение. Оно заканчивается аварией. В ней разрушается атом или молекула. Сама частица остается прежней, меняется только ее энергия и направление движения. Что-то подобное происходит с налетающим бильярдным шаром.

Что может произойти с атомом или молекулой при налете заряженной частицы? При тех энергиях, которые имеют налетающие заряженные частицы, ядро атомов остается невредимым. Меняется только судьба орбитальных электронов.

Пролетающая заряженная частица при столкновении с атомом может выбить из атома один из орбитальных электронов. Легче всего выбить из атома самый внешний орбитальный электрон. Для этого требуется затратить меньше энергии, чем для обрыва электронов из других орбит. Атом, от которого оторван орбитальный электрон, заряжен положительно. Пока атом был целым, этот заряд компенсировался этим электроном. Такой атом называется ионом, положительным ионом. Поэтому весь этот процесс был назван ионизацией, то есть процессом создания ионов.

Пролетающие через атмосферу заряженные частицы теряют свою энергию на образование ионов. Оторванные от атомов электроны остаются свободными. Но кроме этого заряженные частицы при взаимодействии с атомами и молекулами вызывают их свечение. Это свечение и является полярным сиянием. Как это происходит?