Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

• Название: Небесные сполохи и земные заботы
• Автор: Лилия Алексеева
• Издательство: Издательство "Знание"
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

В книге рассказывается о физических процессах, происходящих в ближнем космосе, о современных теориях, объясняющих эти процессы, включая полярные сияния, или, как они зовутся в просторечии, сполохи. Разгадать природу сполохов пытались давно. Так, одним из первых к правильному их пониманию подошел М. В. Ломоносов. Но только сейчас физики, имеющие в своем распоряжении самые современные средства изучения космического пространства, получили непосредственный доступ к объекту исследования, оказывающего, как выяснилось, влияние на многие стороны земной жизни. Для широкого круга читателей.

---

Вернемся еще раз к террелле Гильберта. Хотя магнитное поле однородно намагниченного шара и общее магнитное поле земного шара вне этих шаров одинаковые — дипольные, сами шары «сделаны» из разных материалов. И это принципиально важно. В самом деле, намагниченность постоянного магнита — любого куска магнитного материала — это отражение высокой упорядоченности составляющих его частиц: настолько высокой, что их «микротоки» действуют как один общий ток — настолько они согласованы между собой. Тепловое движение частиц расстраивает эту упорядоченность. Стоит постоянный магнит, в данном случае, терреллу, как следует нагреть или тем более расплавить, как исчезнет ее намагниченность, а значит, и магнитное поле. Но известно, что температура нарастает по мере углубления в недра нашей планеты. В больших пещерах всегда тепло: даже зимой здесь (если нет особых сквозняков) температура не бывает ниже 10–12 градусов. В шахтах — жарко. По современным представлениям, через один километр глубины температура увеличивается примерно на 33 градуса, а по косвенным, но внушающим доверие данным, внутри Земли находится расплавленное, жидкое, ядро. Почему же тогда Земля — большой магнит? И тем более почему Солнце — магнит? Все помнят «пейзажную» зарисовку в стихах Ломоносова:

Там огненны валы стремятся
И не находят берегов;
Там вихри пламенны крутятся,
Борющись множество веков;
Там камни, как вода, кипят,
Горящи там дожди шумят.

Какая уж тут, казалось бы, намагниченность! Но магнитные поля на Солнце есть. Есть общее магнитное поле, есть гигантские магнитные аномалии — темные пятна на Солнце. Мы и видим их как темные благодаря магнитному полю: оно здесь настолько велико, что сковывает свободное движение солнечного вещества (это вещество проводит электрический ток, а движение всякого проводника поперек магнитного поля затруднено), и в область солнечного пятна меньше поступает горячего, а следовательно, ярко светящегося вещества из глубин Солнца. И пятна эти появляются, движутся, исчезают и появляются вновь.

«Космос становится лабораторией, в которой мы заново открываем магнитное поле, узнаем о нем нечто новое и тем самым постигаем его роль во Вселенной», — сказал астрофизик Е. Паркер.

Вопрос, как меняется магнитное поле Земли, затрагивает эту собственную, почти еще не понятую людьми жизнь планеты как космического тела. И Земля продолжает жить этой жизнью.

Точные магнитные карты требуют обновления из–за изменений магнитного поля Земли каждые 5–10 лет. Но систематические наблюдения за магнитным полем люди ведут от силы лет 300. И все же есть возможность судить об изменениях его и в более далекие времена. Ученые заметили, что керамические изделия — кирпичи, различные сосуды и т. д. — заметно намагничены. В то же время необработанные глина и песок — практически немагнитные материалы. Оказывается, свою намагниченность керамика приобретает в печи во время обжига и намагничивает ее магнитное поле Земли. Приобретенная намагниченность сохраняется потом очень долго. Это свойство керамических изделий «запоминать» магнитное поле, существовавшее в момент их изготовления, очень полезно для ученых. Особенно надежно удается провести археомагнитные измерения, когда известно, как именно стоял сосуд или лежал кирпич в тот момент, когда производился обжиг. Так бывает, например, когда археологи при раскопках обнаруживают старую печь с невынутой керамикой.

О полях в более далекие времена узнают по аналогичной «магнитной памяти» некоторых геологических пород. Но при таких палеомагнитных измерениях точность определения магнитного поля намного ниже, поскольку за долгие геологические времена «запомнивший» кусок материала успел принять участие хотя и в медленных, но запутанных перемещениях и теперь уже трудно сказать, как именно он был ориентирован, когда «запоминал» магнитное поле.

Все эти прямые, археомагнитные, палеомагнитные данные говорят о том, что магнитный полюс движется, то есть меняются токи внутри нашей планеты, отвечающие за ее общее дипольное поле. Магнитный полюс Северного полушария примерно 570 миллионов лет назад находился возле экватора, потом постепенно смещался на север, пока не достиг своего нынешнего положения между северной оконечностью Гренландии и ближайшей к этой оконечности точкой берега Северной Америки. как уже говорилось, от северного географического полюса его отделяет примерно 1600 километров. И надо заметить, что прошлые положения магнитного полюса, определенные по геологическим образцам, взятым на территории Европы, отличаются от определенных по образцам из Америки. Эту разницу, а она весьма заметна, можно объяснить с точки зрения гипотезы о дрейфе континентов, согласно которой материки движутся друг относительно друга подобно плавающим льдинам. Палеомагнитные измерения заставляют многих ученых поддерживать эту гипотезу.

Перемещается магнитный полюс, и вместе с ним «гуляет» овал полярных сияний.

Во времена морских походов викингов (это примерно 700 год) сияния часто наблюдались над Норвегией и Данией, но в XIII веке это было уже не так. Автору «Королевского зерцала» не зря приходилось расспрашивать о них людей, «длительное время проживших в Гренландии»: сияния в то время были часты именно над Гренландией. Ушли в XIII веке сияния от берегов Европы, но интерес к ним у скандинавов остался.

Любопытно отметить, что, когда вслед за появлением спутников пошла в рост молодая наука космофизика, печаталось множество оригинальных научных работ и историческими обзорами поначалу никто себя не утруждал. Первыми их начали делать скандинавы — сказалась, видимо, древняя викинговская любовь к обстоятельному всестороннему обдумыванию деталей «пожара небес». Недавно доктор Альв Эгеланд, профессор физики университета в Осло, до 1978 года — глава Норвежского комитета по космическим исследованиям, поднял исторические материалы по изучению полярных сияний в Скандинавских странах. Его данные я частично использовала в этой книге.

Специалисты по современным полярным сияниям принимают собственное магнитное поле нашей планеты неизменным: все, что прямо связано с полярными сияниями, длится часы, дни, по отношению к этим, как говорят \i науке, «событиям» дипольное магнитное поле Земли можно рассматривать как постоянное. Именно оно важно при изучении процессов, текущих на большой высоте, где даже самые крупные аномалии уже чувствуются слабо. Это дипольное магнитное поле планеты — как бы главный блок в устройстве нашего космического телевизора, для которого экран — небо высоких широт. И хотя, конечно, «на пазорях матка дурит», но эти изменения магнитного поля при телепередачах–сияниях намного меньше собственного дипольного поля, в большинстве случаев — меньше одной сотой его величины.

Первым ученым, сопоставившим полярные сияния и собственное постоянное магнитное поле Земли, был, по–видимому, английский астроном и геофизик Э. Галлей. Это произошло в 1716 году. Этому же исследователю принадлежит заключение, что видимое схождение лучей полярного сияния обусловлено законом перспективного сокращения, а сами лучи направлены по силовым линиям магнитного поля. Галлей был замечательным ученым, наделенным редкостной интуицией и прекрасно чувствующим направление развития науки. О нем вспоминают сейчас все чаще, поскольку подходит срок очередного сближения Земли и кометы, носящей его имя, — встреча произойдет в 1986 году. Галлей произвел сильное впечатление на общественное мнение, рассчитав движение этой кометы и предсказав время ее появления. Своим расчетом он хотел продемонстрировать всем правильность закона всемирного тяготения и вообще законов, открытых его близким другом И. Ньютоном: в них тогда еще сомневались. Галлей помогал делу Ньютона чем мог: так, за свой счет он впервые издал книгу своего друга «Математические начала натуральной философии».

Магнитное поле нашей планеты было объектом пристального интереса Галлея. В 1698 году английское адмиралтейство назначило его, тогда еще молодого офицера и уже ученого, командиром военного судна и поручило ему исследовать магнитное склонение в Атлантическом и Тихом океанах. Им и была построена первая в мире магнитная карта.

Люди все лучше узнавали свою планету. В 1745 году А. де Уллоа во время своего путешествия вокруг мыса Горн видел «северные» сияния в Южном полушарии. Позже обратили внимание, что сияния, которые наблюдал капитан Кук, плавая по южным морям в 1773 году, совпа дали по времени с сияниями, виденными над Европой

Накапливалось все больше фактов, и исследователи начали отчасти тонуть в них. Появилась масса статистических исследований. Главное в статистике — это суммирование, наложение множества данных друг на друга. Далеко не всегда это помогает выяснению истины, а суммирование, выполненное вслепую, даже затемняет ее. В самом деле, направим объектив фотоаппарата на экран домашнего телевизора и сделаем длительную выдержку Потом, проявив кадр, посмотрим, что «в среднем» было видно на экране. Если мы сфотографируем так какой–то кусок программы «Время», это статистическое исследование может еще что–то дать: в центре кадра будет пятно — «образ ведущего», и это отражает действительность. Но если мы не знаем, когда что передают и ведем наблюдения просто всякий раз, когда есть такая возможность, какое представление составится у нас о происходящем на экране? Артист эстрады, любимец публики, — и башни новостроек, лицо комментатора — и размазанные фигуры быстро движущихся хоккеистов — все смешается при наложении, потеряется главное: «сущностный» портрет происходящего. А в геофизике ценятся самые длинные ряды таких наблюдений! Хуже того, порой работают с «изображением» не на всем «экране», а на маленьком его кусочке; другими словами, работают с данными наблюдений из одного пункта. Конечно, некоторые количественные закономерности, и даже объективные, можно подметить и при статистическом подходе. Только как понять, к чему относятся эти закономерности? К самим ли сияниям? К распределению ли по поверхности Земли наблюдательных станций? К изменениям ли космической обстановки — к тем разнообразным и сложным процессам, которые люди смогли изучать лишь гораздо позже, когда появились спутники? Можно, поражая посторонних интеллектуальностью, обсуждать все это и подчеркивать сложность науки, но истину это мало проясняет.