Текст книги "Внеземной разум. Мифы и реальность"

Глава 2
Круглое электричество

Я никогда не видел шаровой молнии и не испытываю желания ее увидеть – по крайней мере, вблизи. Однако, имея в виду этот пример трюков, на которые способны силы природы, было бы крайне неразумно утверждать, что даже наиболее впечатляющие НЛО должны иметь искусственное происхождение. На самом деле хорошее рабочее правило для наблюдателей НЛО таково: то, что вы видите, – не космический корабль, если, конечно, вы не разглядели марсианский регистрационный номер.

А. Кларк. Небесные объекты

Давайте зададимся любопытным вопросом: если призрачные молнии в небесных высях полностью объясняют некоторые встречи с НЛО, то что из природных феноменов может быть принято за светящиеся шары и диски инопланетян? Конечно же это множество раз описанная на страницах книг, газет и журналов шаровая молния! Правда, к глубокому сожалению, она не менее загадочна, чем сами летающие тарелки.

Иногда кажется, что мы значительно лучше понимаем или, по крайней мере, думаем, что понимаем, процессы, происходящие во время вспышек сверхновых и при образовании нейтронных звезд, чем то, что творится буквально рядом с нами, на Земле, во время грозы. Чаще всего среди самых интригующих загадок атмосферного электричества упоминается шаровая молния. А ведь не так давно многие авторитетные ученые даже не верили в само ее существование!

Первые упоминания об этом явлении появились чуть ли не в эпоху Античности.

С тех пор так никто и не дал убедительного ответа на вопрос – что такое шаровая молния? Огромный материал, собранный современными учеными, принес лишь несколько новых фактов по сравнению с тем, что было известно о шаровой молнии еще двести лет назад. Но он позволил точно утверждать, что шаровая молния действительно существует, и выделить определенные признаки, с помощью которых можно отделить правильные сообщения очевидцев от неточных, преувеличенных или выдуманных. Кроме того, ученые впервые смогли надежно оценить физические параметры шаровой молнии и благодаря этому сделать шаг вперед к научному объяснению ее природы.

Подавляющее большинство людей за свою жизнь много раз наблюдают разряды обычной молнии, но ни разу не встречаются с молнией шаровой. Это удивительное явление природы удается увидеть лишь одному человеку из тысячи.

Почти в половине случаев за время наблюдения молния успевает пройти от одного до десяти метров. Три четверти очевидцев сообщили, что молния двигалась горизонтально, в каждом пятом случае она опускалась вниз и лишь в каждом двадцатом – поднималась вверх. В среднем она проходит за секунду не больше нескольких метров. Отсюда следует, что шаровая молния состоит из газа лишь чуть более плотного, чем воздух.

А насколько часто шаровые молнии возникают на самом деле? Естественным масштабом для сравнения является частота появления линейных молний. Как правило, мы часто видим такую молнию издалека, но редко оказываемся вблизи от места, в которое она ударила. Считается, что приблизительно в двух из пяти случаев удар линейной молнии сопровождается появлением шаровых. Средний диаметр шаровой молнии составляет двадцать – тридцать сантиметров, хотя чаще встречаются маленькие молнии. Из собранных данных следует, что молнии, появляющиеся при ясной погоде, значительно крупнее возникающих во время грозы и наблюдаются они в течение более длительного времени. Правда, это может быть связано с тем, что в ясную погоду легче увидеть молнию с большого расстояния, время наблюдения оказывается дольше и при этом светящийся удаленный объект выглядит больше, чем он есть на самом деле. В половине случаев шаровая молния появляется в радиусе пяти метров от наблюдателя, а в каждом шестом случае пролетает ближе чем в метре от человека.

Как же и где рождается шаровая молния? Иногда она возникает рядом с каналом линейной молнии, однако в двух из каждых трех случаев – из розеток, электроприборов, радиоприемников, телевизоров, телефонов, батарей отопления и даже гвоздей, вбитых в стену, – то есть из металлических проводников.

В девяти из десяти случаев она имеет форму шара, благодаря чему и получила свое название. Иногда ее шарообразность бывает искажена электрическими полями или потоками воздуха: тогда молния становится похожей на эллипсоид, грушу или совсем теряет правильную форму. В двух случаях очевидцы наблюдали молнию в форме кольца.

Вблизи поверхности земли сила тяжести молнии уравновешивается действием электрического поля от зарядившейся в грозу поверхности почвы. В таком взвешенном состоянии движение молнии зависит либо от воздушных потоков, либо от небольших изменений приземного электрического поля. Именно в этом состоит причина необычности ее движений. (У людей нет органов, которые реагировали бы на напряженность электрического поля; во время грозы оно может возрасти вокруг нас в тысячи раз, а мы этого практически не ощутим.)

Другим поразительным свойством шаровой молнии является то, что она способна проникать через узкие отверстия и даже щели, деформируясь и вновь восстанавливая сферическую форму после выхода в свободное пространство. Один очевидец видел с расстояния 15–20 сантиметров, как «желтый шарик величиной с крупный апельсин пролезал в щель в стене». И уточняет: «Он, вернее, не пролезал, а переливался из одной половины в другую». Другой рассказал, как шаровая молния прошла в комнату через трещину в стекле, сплющившись, так как размер ее был больше размеров трещины.

Такие явления можно объяснить тем, что вещество молнии отчасти похоже на жидкость: оно обладает поверхностным натяжением и не смешивается с окружающим воздухом.

Световой поток, испускаемый шаровой молнией, для оценки сравнивают со светом электрической лампочки. Чаще всего очевидцы называют два интервала: 50–100 и 100–200 ватт, на которые в сумме приходится около половины наблюдений. Таким образом, световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает стоваттная электрическая лампочка. Но удивительно не это: оказывается, излучая свет, шаровая молния почти совсем не излучает тепло! То есть не может быть и речи о температуре в тысячу или тем более в несколько тысяч градусов, которую часто приписывают шаровой молнии.

Обычно шаровая молния выглядит как светящийся шар с нечеткими границами, имеющий диаметр от нескольких сантиметров до нескольких метров. Цвет свечения шара от ярко-белого до светло-голубого и зеленого. Шаровая молния умеет производить звуки – шипит или жужжит. А еще она может проходить сквозь диэлектрики (стекло и прочее), иногда повреждая их.

Данные о физиологическом действии шаровой молнии на человека весьма противоречивы. Имеется немало свидетельств, из которых следует, что шаровая молния может причинить сильную травму или даже убить человека. Все это связано с поражением током. Широкая шкала степени тяжести воздействия вызывает, конечно, законное недоумение. Оказывается, причина этого заключена не в самой шаровой молнии, а в электрическом состоянии окружающих ее предметов.

Во время грозы на отдельных участках поверхности земли и лежащих на ней предметах могут находиться значительные заряды. Часть их нейтрализуется при ударах молнии (каждый разряд переносит в среднем около 25 кулон). По-видимому, шаровая молния обладает свойством снимать с проводников накопленное электричество. При ее контакте с заряженным проводником в нем возникает кратковременный импульс тока, при котором заряды, проходя через шаровую молнию, рассеиваются в воздухе. Сама шаровая молния в этот момент распадается, что и воспринимается наблюдателями как взрыв.

Энергия, выделяющаяся при взрыве, не имеет никакого отношения к энергии, запасенной в самой шаровой молнии, – она накапливается в заряженных проводниках, а шаровая молния служит лишь для высвобождения этой энергии.

Если же предмет не заряжен, молния с ним не взаимодействует. Это означает, что в отсутствие зарядов встреча человека с этим огненным шаром безопасна.

Ситуация с шаровой молнией, как объектом изучения науки, уникальна тем, что физические параметры явления в момент его существования измерялись крайне редко. Иногда лишь удавалось исследовать последствия воздействия шаровой молнии на материальные объекты. Именно поэтому – из-за невозможности проверки гипотез без объективных измерений – большую долю в исследованиях шаровой молнии занимают попытки создания шаровой молнии в лабораторных условиях. Однако перед учеными-экспериментаторами, даже в случае успеха, всегда будет стоять вопрос – является ли лабораторный объект аналогом реальной шаровой молнии. Для точного ответа на данный вопрос нужно провести серию исследований шаровой молнии в контролируемых условиях.

Итак, шаровая молния – это продолжительное во времени явление, имеющее несколько стадий: возникновение, существование и исчезновение. Сведения о ней черпаются от случайных наблюдателей. Время второй стадии ее жизни гораздо больше, чем других, а потому подавляющая часть наблюдений связана именно с ней. Исчезновение молнии наблюдают очень редко.

Перечислим некоторые свойства шаровой молнии.

Существует две разновидности шаровых молний – подвижные и неподвижные. Подвижные шаровые молнии плавают в воздухе со скоростью около 2 метров в секунду, иногда со скоростью воздушных течений, неподвижные же «закрепляются» на остриях молниеотводов, на острых краях металлических крыш, в верхней части заводских труб. Подвижные молнии светятся красноватым светом, в то время как неподвижные испускают ослепительно белый свет. Подвижные молнии могут оседать и становиться неподвижными, а неподвижные, наоборот, срываться с мест закрепления и становиться подвижными. Большая шаровая молния иногда распадается на несколько светящихся шаров меньшего размера. О температуре шаровой молнии судят по расплавлению и испарению металлов, на которые она «садится», или по сильному нагреванию воды, если молния опускается в водоем. Длительность существования шаровой молнии изменяется в пределах от нескольких секунд до полминуты. Шаровая молния, бывает, свистит, завывает, жужжит, шипит или потрескивает, ее исчезновение в большинстве случаев происходит со взрывом. Мощность взрыва достаточна, чтобы разрушить большую печную трубу или разбить на кусочки кирпичи здания. Иногда шаровая молния исчезает бесшумно. Обычно после ее исчезновения в помещении остается некоторое время остро пахнущая дымка, голубая в отраженном свете и коричневая в проходящем.

Нередки случаи, когда шаровая молния проходила через щели, даже не опалив обоев, или с ловкостью стекольщика вырезала кружок оконного стекла по своему размеру, не повредив остальное. Громоотводы от шаровой молнии не спасают. Чтобы надежно защититься, необходимо наглухо закрыть помещение.

Долгое время природа шаровых молний оставалась загадкой. Сначала полагали, что шаровые молнии не более как гремучий газ; потом, вследствие дальнейших открытий, точка зрения изменилась: молнию назвали маленькой атомной бомбой, постепенно излучающей энергию; наконец, объявили это чудо плазмой – четвертым состоянием вещества.

По одной из ранее распространенных гипотез, шаровая молния возникает за счет осуществляющейся иногда фокусировки ядерно-активных космических частиц в мощном электрическом поле грозовых облаков. Возникающая при этом реакция дробления ядер атмосферного газа ксенона дает энергию, достаточную для образования шаровой молнии. Если это верно, вероятность образования шаровых молний зависит от мощности вспышек на Солнце, обусловливающих увеличение интенсивности космического излучения у земной поверхности.

Надо сразу оговориться: общепринятого научного объяснения природы шаровой молнии пока нет, зато предположений и гипотез – множество. И не все они заслуживают внимания. Но некоторые предположения о происхождении этого электрического чуда в большой степени обоснованны. Одно из самых глубоко научно разработанных принадлежит академику П. Л. Капице. В 1955 году он опубликовал доклад «О природе шаровой молнии». В своей работе Капица объясняет и рождение шаровой молнии, и многие (если не все) ее странные особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью.

Шаровую молнию, по его мнению, питают радиоизлучения, возникающие при грозовых разрядах атмосферного электричества. Если, пишет он, «в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии. Шаровые молнии возникают там, где радиоволны достигают наибольшей интенсивности».

Предложенное советским ученым объяснение хорошо согласуется со многими особенностями шаровой молнии; и с тем, что она иногда катится по поверхности различных предметов, не оставляя ожогов, и с тем, что чаще всего проникает внутрь помещений через дымоходы, окна и даже небольшие щели. В дальнейшем на основании предположения Капицы о том, что шаровая молния – продукт коротковолнового излучения, возникающего в пространстве между облаками и поверхностью Земли, физики разработали целую теорию – мазер-солитонную. По этой теории шаровая молния – производное явление своеобразного «атмосферного мазера», то есть лазера, излучающего в радиодиапазоне. Технически эффект «атмосферного мазера» можно объяснить как результат возникновения вращательной энергии в молекулах воды под воздействием короткого импульса электромагнитного поля, сопровождающего грозовые электрические разряды – молнии.

Однако следует учитывать, что для возникновения видимой шаровой молнии необходимо либо огромное воздушное пространство, либо полость с проводящими стенками – вот почему шаровая молния иногда материализуется прямо в зданиях и даже за бортом самолетов и подводных лодок.

Теорию «атмосферного мазера» косвенно подтверждает то, что шаровые молнии никогда не рождаются вблизи острых горных вершин, около верхних этажей небоскребов и в других высоких точках, которые, так сказать, привлекают молнии и где любят обосновываться специалисты по изучению этого атмосферного явления. Между тем теория «атмосферного мазера» предсказывает, что вблизи пиков образование шаровых молний невозможно. Импульс поля молнии, бьющей в высотный объект, образует довольно узкий конус, занимающий очень небольшой объем. Когда же молния бьет в какой-либо объект, располагающийся в плоской местности, то возникающий при этом импульс оказывается огромным: до десяти километров в ширину и до трех – в высоту.

Известно, что шаровые молнии, возникающие внутри замкнутых помещений, как правило, безвредны. Энергия мазера в таких средах ограничивается 10 джоулями (в открытом пространстве энергия достигает 109–1010 Дж), а это совершенно не опасно. В то же время возникающая на открытом воздухе шаровая молния часто исчезает с мощным взрывом, который иногда вызывает серьезные разрушения. Причем на проводящие предметы этот взрыв воздействует сильнее, нежели на непроводящие: например, бывало, шаровая молния, взрываясь, вырывала из стен домов электрощитки и швыряла их на середину улицы.

Существует и еще одна теория шаровой молнии. По ней источником энергии для шаровой молнии является электрическое поле, которое создают заряды, рассеивающиеся в земле после удара молнии. Они же контролируют движение шаровой молнии, так что она никак не зависит от условий окружающей среды (например, шаровая молния может спокойно лететь против ветра). Такая молния напоминает коронный разряд в газе и представляет собой последовательность электрических импульсов, сменяющих друг друга с миллисекундной частотой. Шаровая молния средних размеров (10–20 сантиметров в диаметре) может образоваться из крупной капли росы, попавшей в канал грозового разряда. С другой стороны, как показали расчеты, для устойчивости шаровой молнии необходимо, чтобы плотность ее вещества мало отличалась от плотности окружающего воздуха.

Ученые не довольствуются, конечно, сбором достоверных свидетельств появления шаровой молнии. Они пытаются получить ее в лабораторных условиях, экспериментально проверяя свои теоретические предположения и математические расчеты. Полученная искусственно молния «плюется» искрами, собирается в шар, проходит сквозь щели. От настоящей она отличается только маленьким размером да коротким сроком жизни, измеряемым несколькими секундами.

В завершение отметим, что наряду с линейной и шаровой молниями в природе встречаются и более редкие феномены – ракетообразная и четочная молнии. Ракетообразная молния наблюдалась буквально в единичных случаях. Она длится 1–1,5 секунды и представляет собой медленно развивающийся между облаками разряд. К редчайшим случаям молнии следует отнести и четочную. Она имеет общую длительность 0,5 секунды и представляется глазу на фоне облаков в виде светящихся четок диаметром около 7 сантиметров.

Глава 3
НЛО в горящих небесах

И как раз коллективный, неличностный характер науки, та ее особенность, что процедуры познания, складывавшиеся столетиями, стоят выше любого индивидуального мнения, даже самого авторитетного, служат гарантией действительной объективности познания, и надежнее этой гарантии ничего быть не может. Это не означает абсолютной непогрешимости науки, но означает нечто более важное: наука ошибается, однако в своем дальнейшем движении аннулирует собственные ошибочные утверждения. Говоря по-другому, наука как целое представляет собой систему с сильной тенденцией к самокорректировке. И обвинять науку в тупом, злонамеренном, демагогическом или диктуемом какими-либо иными посторонними соображениями отрицании фактов, которые являются ее кровью и воздухом, – значит не понимать ее основополагающих функциональных принципов.

С. Лем. О «неопознанных летающих объектах»

Как ни интригующе звучит объяснение НЛО с помощью призрачных и шаровых молний, эти редкие явления явно не «закрывают» всю соответствующую статистику наблюдений. Какой же еще природный феномен может объяснить стремительно перемещающиеся в стратосфере мерцающие диски и эллипсоиды? Ну конечно же свечение ионосферного слоя магнитосферы Земли! Этот поразительный процесс тщательно исследуется уже более двух столетий и в нашем полушарии хорошо известен как сполохи северного сияния. Собственно говоря, укоренившееся название «северное сияние» не совсем правильно. Над Южным полюсом также можно наблюдать фантастические переливы ионосферного света. Поэтому следует использовать термин «полярное сияние». Полярные сияния в Северном полушарии обычно движутся на запад со скоростью примерно один километр в секунду.

По яркости сияния разделяются на четыре класса, отличающиеся друг от друга в десять раз. В первый класс попадают еле заметные сияния, сходные по своей яркости с Млечным Путем. Сияния же четвертого класса по яркости можно сравнить с полной Луной.

Несмотря на призрачность предмета исследований, внимание многих ученых уже много десятилетий приковано к далеким заоблачным высям. Дело в том, что среда полярных сияний содержит электрически заряженные частицы – ионы и электроны. Это и придает им поразительные световые свойства. Если в приземном слое сухой воздух является качественным изолятором, то в ионосфере он – хороший проводник.

Биосфера человека расположена на суше, в пограничной области поверхности водного океана и дна океана воздушного. Со всех сторон она окружена благодатной воздушно-водяной средой, поддерживающей жизнь. Плотность атмосферы резко падает по мере удаления от поверхности Земли. В верхних ее слоях разреженный воздух непригоден для дыхания, но зато он задерживает губительные излучения, идущие от Солнца и из космического пространства.

Верхняя атмосфера (стратосфера) Земли служит своеобразным воздушным щитом для отражения многочисленных метеоритов. Такие метеорные тела, даже небольшого размера, вследствие их огромной скорости, обладают большой разрушительной силой. Сталкиваясь с газовыми частицами атмосферы, они сильно разогреваются и испаряются, оставляя в небе характерные следы «падающих звезд».

Верхняя атмосфера (стратосфера) Земли служит своеобразным воздушным щитом для отражения многочисленных метеоритов. Такие метеорные тела даже небольшого размера вследствие огромной скорости обладают большой разрушительной силой. Сталкиваясь с газовыми частицами атмосферы, они сильно разогреваются и испаряются, оставляя в небе характерные следы «падающих звезд».

Выше пятидесяти километров над поверхностью Земли расположен тот ярус воздушной оболочки, который называется ионосферой. Ионосфера простирается до высот в несколько сотен километров, плавно переходя в мантию плазмосферы. Воздушная среда здесь существенно меняет свой состав, растет относительная концентрация легких газов, среда становится в миллиарды раз более разреженной. У поверхности Земли воздух в основном состоит из двухатомных молекул азота, кислорода и углекислого газа, а на большой высоте – в ионосфере – молекулы этих газов под воздействием жесткого излучения Солнца распадаются на отдельные атомы. На высотах в тысячи километров основными элементами экзосферы (внешней атмосферы) становятся водород и гелий.

Среда ионосферы все время находится в бурном движении, перерастающем в настоящие ураганы, правда незаметные на земной поверхности.

Однажды ученые даже наблюдали загадочные облакообразные полярные сияния, мчавшиеся со скоростью свыше трех тысяч километров в час.

Поскольку на границе экзосферы плотность газов ничтожна мала, молекулы и атомы могут беспрепятственно разгоняться до второй космической скорости. При такой скорости любое тело преодолевает земное притяжение и уходит в космос. То же самое происходит с газовыми частицами водорода и гелия. Но, несмотря на утечку легких газов из земной атмосферы, ее состав не меняется, так как происходит непрерывный процесс восполнения за счет газов земной коры и испарения океанов. К тому же часть тех же атомов и молекул поступает из межпланетной среды при обтекании земной экзосферы.

Видный радиофизик Ф. И. Честнов в научно-популярной книге «В глубинах ионосферы» писал:

Высокое небо. Прозрачный воздух. На первый взгляд кажется, что на большой высоте царят покой и безмятежность. Но если бы мы обрели волшебную способность видеть молекулы и атомы, нас поразило бы зрелище мира, который поистине никогда не знает покоя. Часто случаются взрывы и катастрофы. Разрушаются одни частицы, рождаются другие. И виновником этих непрекращающихся превращений является Солнце. <…> Много сил затратили ученые, чтобы раскрыть основные черты ионосферы и нарисовать ее «портрет». Каждый шаг в этом направлении требовал новых экспериментов, остроумных гипотез и сложных вычислений. Подобно древним воинам, ученые настойчиво осаждали заоблачные выси. Но вместо боевого оружия они пользовались физическими приборами, а правила военного искусства заменили строгой логикой математики.

Портрет ионосферы, который предстает перед нашими глазами, – не застывшая картина. Он все время меняется, и не только из-за того, что сама ионосфера изменчива, а в основном потому, что все более и более богатыми и достоверными становятся наши знания.

Изучение свойств и процессов, происходящих в верхних воздушных слоях, в ионосфере – одна из важнейших задач современной науки. Недаром в последние годы оформилась и быстро развивается новая область научного знания, занимающаяся этой проблематикой, – аэрономия. Несомненно, у нее большое будущее.

Вполне возможно, что именно бурное развитие физики ионосферы подтолкнуло в свое время известного фантаста Фредерика Брауна к созданию оригинального рассказа «Волновики». В нем повествуется о новой «полевой» форме жизни, проявляющей себя в виде электромагнитных волн радиодиапазона. Вот как их описывает автор от имени одного из главных героев – профессора Хелметца:

– Ведь космические пришельцы – это, в сущности, настоящие радиоволны. Единственная их особенность заключается в том, что у них нет источника излучения. Они представляют собой волновую форму живой природы, зависимую от колебаний поля, как наша земная жизнь зависит от движения, вибрации вещества.

– Какой они величины? Одинаковые или все разные?

– Все они имеют разную величину. Причем измерять их можно двояко. Во-первых, от гребня до гребня, что дает так называемую длину волны. Приемник ловит волны определенной длины какой-то одной точкой диапазона. Что же касается пришельцев, то для них шкалы радиоприемника просто не существует. Им одинаково доступна любая длина волны. А это означает, что либо они по самой своей природе могут появляться на любой волне, либо могут менять длину волны произвольно, по собственному желанию. Во-вторых, можно говорить о длине волны, определяемой ее общей протяженностью. Допустим, что радиостанция ведет передачу одну секунду, тогда соответствующий сигнал имеет протяженность, равную одной световой секунде, что составляет приблизительно 187 000 миль. Если передача длится полчаса, то протяженность сигнала равна половине светового часа и т. д. и т. п.

Что касается пришельцев, то их протяженность разнится от индивидуума к индивидууму в пределах от нескольких тысяч миль – в этом случае мы говорим о протяженности в несколько десятых световой секунды – до полумиллиона миль, тогда протяженность волны равна нескольким световым секундам. Самый длинный зарегистрированный сигнал – отрывок из радиопередачи – длился восемь секунд.

– А почему все-таки, профессор, вы считаете, что эти радиоволны – живые существа? Почему не просто радиоволны?

– Потому что просто радиоволны, как вы говорите, подчиняются определенным физическим законам, подобно всякой неодушевленной материи. Камень не может, подобно зайцу, взбежать на гору, он катится вниз. Вознести его на гору может только приложенная к нему сила. Пришельцы – особая форма жизни, потому что они способны проявлять волю, потому что они могут произвольно менять направление движения, а главным образом потому, что они при любых обстоятельствах сохраняют свою целостность. Радиоприемник еще ни разу не передал двух слившихся сигналов. Они следуют один за другим, но не накладываются друг на друга, как бывает с радиосигналами, переданными на одной волне. Так что, как видите, мы имеем дело не «просто с радиоволнами»…

Финал произведения построен в трагикомическом ключе – оказывается, космические волновики (так зовут пришельцев из ионосферы) питаются искусственным и атмосферным электричеством. Это быстро приводит к исчезновению бытовой и промышленной электроэнергии, пропадают молнии, ну а человечество возвращается в век пара!

Но так ли уж легко могут преодолеть космические электромагнитные колебания толщу ионосферы? В приповерхностном слое – тропосфере – воздух представляет собой смесь нейтральных молекул различных газов (в основном азота, кислорода и углекислого). Следовательно, если нас окружает сухой воздух, то его можно считать хорошим изолятором.

Иначе обстоит дело в глубинах ионосферы. Там воздушная среда вполне способна проводить электрический ток, поскольку вместо нейтральных молекул и атомов она содержит электроны и ионы. Вспомним, что ионы – это положительно или отрицательно заряженные частицы, образующиеся из нейтральных атомов и молекул под воздействием каких-либо внешних факторов. Из-за наличия ионов и назвали эту часть воздушного океана Земли ионосферой.

Ученые давно выяснили, что молекулы воздуха на всем протяжении стратосферы находятся в постоянно сложном движении. Его потоком захватываются и ионы с электронами. Они непрерывно участвуют в противоположных процессах ионизации и нейтрализации – рекомбинации, идущих с различной скоростью на разных высотах.

Вот как описывает это в своей замечательной книге Федор Иванович Честнов:

Представьте себе толпу, в которой каждый человек торопится в нужном ему направлении. Люди будут сталкиваться друг с другом почти на каждом шагу. Но вот толпа поредела, стало свободнее; теперь уже столкновение – редкий случай. Примерно то же мы будем наблюдать и в мире молекул.

Вот мы спускаемся ниже и попадаем в более плотные слои. Частицы воздуха здесь гуще, значит, столкновения происходят чаще и рекомбинация идет быстрее. Поднимаемся выше, в разреженные слои: столкновения частиц становятся реже, а воссоединение ионов и электронов в нейтральные молекулы идет очень медленно.

Что же произойдет, если действие ионизирующего излучения в верхней атмосфере прекратится?

Очевидно, электроны снова «вернутся на свои места», ионизированные частицы в конце концов станут нейтральными, свободные заряды постепенно исчезнут, и воздух потеряет электрическую проводимость. Если же ионизирующее излучение будет действовать постоянно и с неизменной силой, то появление новых свободных электронов уравновесит их убыль – насыщенность воздуха свободными зарядами меняться не будет.

Именно так возникают замечательные по своей красоте полярные сияния (auroras borealis по-латыни). Если наблюдать их с поверхности Земли, то лучше это делать ночью и в ясную погоду, когда не мешают Солнце и облака.

Этих трудностей легко избежать, если следить за полярными сияниями из космоса, где к тому же нет искажающего влияния нижних плотных слоев атмосферы. Наблюдения с пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций дали богатый материал о пространственном расположении сияний, их изменении во времени и о многих особенностях этого явления. Более того, космические аппараты позволили выполнять измерения внутри полярного сияния. Одинаково удобно исследовать сияния как в Северном, так и в Южном полушарии и даже на дневной стороне Земли.

Интересно, что энергичные протоны, вторгаясь в верхнюю атмосферу и вызывая протонные сияния, часть своего пути движутся как нейтральные атомы водорода. В этом случае на них не действует магнитное поле Земли. Такие протоны, имея большие (протонные) скорости, могут проникать в области, недоступные заряженным частицам. Вспышки северного сияния обычно наблюдаются через день-два после вспышек на Солнце – эти два явления тесно связаны друг с другом.

Полярные сияния являются не только «собственностью» Земли. Напротив, они четко наблюдаются в плазмосферах и других планет – газовых гигантов Юпитера и Сатурна, а также на некоторых их спутниках, окруженных собственными атмосферами.

Юпитерианское полярное сияние имеет ту же природу, что и земное: быстрые электроны, дрейфующие в магнитосфере планеты вдоль силовых линий между полюсами, высыпаются у полюсов в верхние слои атмосферы и вызывают свечение газа. Полярное сияние на Юпитере интенсивнее всего в ультрафиолете, поскольку основные спектральные линии водорода, который доминируют в атмосфере Юпитера, лежат именно в данной части спектра.