GSA. Полярное сияние
«Ночь была безлунная, звездная, морозная и ясная. Темно, только на юго-востоке небо внизу слабо освещено, будто за холмом горят огни. Я любовался этим слабым светом, который вдруг превратился в сходящиеся снопы лучей, протянувшиеся кверху. От их прикосновения на юго-востоке зажглась медленно колеблющаяся завеса, свисающая складками с неба. Быть может, это было вознесенное в небеса покрывало Изольды, и там, где его касалось дыхание ее желания, оно становилось горячим и светлым. Дыхание Изольды пробегало по нему, оно трепетало и волновалось. Это было так похоже на ее крик: Он идет! Боже, он идет!— Завеса вспыхнула пламенем и зажгла небо».
Так поэтично описывает полярное сияние Рокуэлл Кент в автобиографической книге «Саламина», рассказывающей о Гренландии—ее природе и жителях. Свисающие с небесных высот волнующиеся складки сияния писатель уподобляет покрывалу Изольды — героини одного из наиболее знаменитых произведений средневековой поэзии народов Западной Европы—повести о Тристане и Изольде.
С древнейших времен люди восхищались величественной картиной полярных сияний и задавались вопросом об их происхождении. Одно из наиболее ранних упоминаний о полярных сияниях встречается у Аристотеля. В его «Метеорологике», написанной 2300 лет назад, можно прочитать: «Иногда в ясные ночи наблюдается на небе множество явлений — зияния, провалы, кроваво-красная окраска... Кажется, будто полыхает пламя». Там, где жил Аристотель, полярные сияния бывают довольно редко, но все же бывают. В подобных редкостных случаях они отличаются особенным богатством красок с преобладанием красных тонов—«полыханием пламени». А вот описание полярных сияний, сделанное в I в. н. э. римским философом Сенекой: «Некоторые из них выглядят как пустота, когда под светящейся короной свечение отсутствует и образуется как бы овальный вход в пещеру, другие — как бочки, когда видно большое закругленное пламя, перемещающееся с места на место... Среди них примечательны те, которые имеют вид огня на небе. Иногда они стоят высоко, сияя среди звезд, иногда так низко, что могут быть приняты за далеко горящую усадьбу или город».
Богиню утренней зари древние римляне называли Авророй. С ее именем они связывали и полярные сияния, изредка наблюдаемые на средних широтах. Ведь подобно утренней заре эти сияния были окрашены в розовые и красные цвета. С легкой руки римлян термин «аврора» стал впоследствии применяться к полярным сияниям. В настоящее время этот термин закрепился и в научной литературе; все явления, связанные с полярными сияниями, принято называть теперь авроральными явлениями. Немало суеверий порождено полярными сияниями. В одних случаях они вызывали страх перед «божьим наказанием», в других, напротив, они представлялись «небесным воинством», поспешающим на помощь. Летописцы повествуют, что во время битвы войск Александра Невского с немцами на льду Чудского озера (1242 г.) вдруг появились на небе сполохи (в старину полярные сияния называли на Руси сполохами или лазорями). Согласно легенде, русские воины увидели в этом добрый знак и с удвоенной силой обрушились на врага.
В эстонском эпосе «Калеви-поэг» есть такие строки:
На ладьях широкодонных
К нам подходят из-за моря
Корабельщики лихие,
Лютые головорезы...
Так полярное сиянье,
Так нам звезды предсказали!
Душу нам гнетет тревога,
Древние эсты предсказывали по полярным сияниям не только войну, голод, болезни, но даже изменения погоды. Они верили, что полярное сияние отражает борьбу добрых и злых духов.
Тайна полярных сияний оставалась нераскрытой в течение многих веков. Относительно их природы и происхождения было высказано много гипотез, подчас весьма наивных.
Так, например, считали, что полярные сияния являются отблесками солнца, опустившегося за горизонт. Предполагали также, что это свет, который якобы испускают полярные льды во время особенно сильных морозов. Аристотель полагал, что «верхние слои воздуха, сгущаясь, могут воспламениться»; в этом он ошибочно усматривал причину полярных сияний. В учебнике физики XVIII в. в разделе, посвященном сияниям, утверждается, что «выскакивающие лучи не что иное суть, как зажженные горючие пары», и что «материя северного сияния и молнии одинаковая».
Все эти утверждения также являются ошибочными.
Много размышлял над природой полярных сияний М. В. Ломоносов. Очень интересны вопросы, которые у него при этом возникали:
Что зыблет ясный 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?
Особенно интересен последний вопрос. В нем ухвачено главное:
полярное сияние — это холодное свечение (напомним приводившуюся ранее строку из данного стихотворения: «Се хладный пламень нас покрыл»). Здесь уместно сказать об опытах Ломоносова со стеклянными шарами. Он откачивал из шаров часть воздуха и воспроизводил внутри них электрический разряд. Ученый полагал, что природа полярного сияния такая же, как и свечения газового разряда. Он писал: «Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые в мгновенье ока исчезают, и в то же время новые на их места выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется. В северном сиянии всполохи или лучи вид подобный имеют». Отметим также опыты Ломоносова по наблюдению зеленого свечения ртутных паров в откачанной трубке с жидкой ртутью при резких встряхиваниях трубки. Это свечение в еще большей степени походило на холодное свечение полярных сияний.
Наблюдавшееся в опытах Ломоносова свечение в самом деле сродни свечению сияний. Забегая вперед, заметим, что во всех этих случаях наблюдается так называемое люминесцентное свечение. Правда, причины, вызывающие свечение паров ртути во встряхиваемой трубке, свечение в газовом разряде, полярное сияние различны; здесь мы имеем дело с разными видами явления люминесценции.
Таким образом, хотя Ломоносову и не удалось установить природу полярного сияния, он все же довольно близко подошел к ее пониманию. Независимо от него вывод о близости физической природы газового разряда и полярного сияния сделали Бенджамин Франклин и англичанин Ж. Кэнтон.
По-настоящему загадку полярных сияний удалось разгадать лишь в наше время. И хотя здесь еще осталось немало невыясненных вопросов, все же картина в целом вполне ясна. Это стало возможным благодаря развитию современной физики и успехам в области космических исследований.
