Тайны будущего. Прогнозы на XXI век

Но если в воздухе создается много ионов и свободных электронов, то он может стать проводником электрического тика. Ведь при этом появятся носители электрических зарядов, без которых не может быть электрического тока. Чтобы возник электрический ток, недостаточно носителей электрических зарядов. Надо еще чтобы действовали силы, заставляющие электрические заряды двигаться. Ведь ток является упорядоченным движением электрических зарядов. Если положительных и отрицательных электрических зарядов, которые движутся вместе, одинаковое количество, то тока не возникнет. Дело в том, что суммарный электрический заряд движущихся частиц равен нулю. Поэтому и ток равен нулю.

В воздухе всегда имеются заряженные частицы — ионы и электроны. Но в разных местах, и особенно на разных высотах, их разное количество. То количество ионов, которое имеется в приземном воздухе, недостаточно для возникновения тока. Но в особых условиях это возможно. Например, во время грозы. Молния как раз и является импульсом электрического тока. Прежде, чем он возникнет, создаются заряженные частицы, образуя своего рода коридор, по которому затем проходит импульс электрического тока.

Чем выше, тем плотность воздуха меньше. Число заряженных частиц, наоборот, с высотой увеличивается, особенно выше 50 км, в ионосфере. Ионы и электроны в ионосфере находятся в непрерывном движении. Но не везде это движение является электрическим током.

Больше всего положительных ионов и электронов находится на высотах 250–350 км. Здесь количество электронов может достигать одного миллиона штук в одном кубическом сантиметре. Точно столько же и положительных ионов. Поскольку положительные ионы и отрицательно заряженные электроны притягиваются друг к другу, то они не могут уйти далеко друг от друга. Если взять какой-либо объем (даже очень небольшой), то весь газ в нем является электрически нейтральным. Каждый положительный заряд иона компенсируется отрицательным зарядом электрона такой же величины. Такой газ называют плазмой. Поскольку свойства такого газа очень сильно отличаются от обычного, то его считают четвертым состоянием вещества.

Собственно, ионосфера и является плазмой. Плазма может состоять только из ионов и электронов. Тогда ее называют полностью ионизованной. Если кроме ионов и электронов имеются и нейтральные атомы и молекулы, не ионизованные, то ее называют частично ионизованной. Такой частично ионизованной плазмой является ионосфера Земли.

Отличия плазмы от обычного газа особенно разительны в том случае, если плазма находится в магнитном поле. На обычный газ магнитное поле не оказывает никакого влияния. Он движется точно так же, как и в отсутствие магнитного поля. Совсем другое дело плазма. Она состоит из электрически заряженных частиц. А каждая заряженная частица взаимодействует с магнитным полем. Поэтому характер ее движения в присутствии магнитного поля меняется. Как именно?

Под действием силы гравитационного притяжения любая частица в атмосфере будет стремиться падать на Землю, то есть двигаться вертикально вниз. Но если это заряженная частица, то под действием магнитного поля и силы гравитации она будет двигаться не вниз, а горизонтально. Это очень любопытно. Рассмотрим это подробнее.

Если заряженная частица движется поперек магнитного поля, то на нее действует сила (сила Лоренца), которая заставляет частицу двигаться по окружности вокруг силовой линии. С этим мы уже знакомы. При таком движении вокруг силовых линий магнитного поля частицу будет сносить от данной силовой линии в сторону, поперек нее. Это движение называют дрейфом. Если сила, действующая на частицу, направлена вниз, магнитное поле горизонтально и направлено с юга на север, то дрейф заряженной частицы под действием силы гравитации будет проходить в направлении восток — запад. Электроны дрейфуют на восток, а положительные ионы — на запад. Такой результат действия силы гравитации.

Электрические токи в ионосфере текут только там, где электроны и ионы могут двигаться по-разному. Это происходит под действием силы гравитации. В месте падения заряженных частиц вниз они, двигаясь горизонтально, создают электрические токи.

Поскольку кроме заряженных частиц в ионосфере имеются и нейтральные атомы и молекулы, то они мешают заряженным частицам двигаться. При столкновениях заряженных частиц с нейтральными их энергия теряется: передается нейтральным частицам. Эффект такой передачи зависит от массы сталкивающихся частиц. Если массы сталкивающихся частиц одинаковы, то энергия одной частицы может целиком перейти к другой при их столкновении. Если частица с малой массой сталкивается с другой, масса которой в сотни и тысячи раз больше, то энергия передается очень неэффективно. Нельзя, ударяя песчинкой о каменную глыбу, передать ей всю энергию песчинки. Песчинками в ионосфере являются электроны. Они в тысячи раз легче ионов, атомов и молекул. Поэтому условия их движения не такие, как у ионов.