Рис. 76. План юго-западного угла города Пскова, откуда кузнец Дорофей видел северное сияние, свет которого, освещая городскую стену, показался ему чудесным явлением.
Полярные сияния вызывали суеверный ужас своей игрой и разнообразием эффектов главным образом в умеренных широтах, где они вообще бывают видны не часто. Житель севера к ним более привычен. В Скандинавии и Финляндии их не боятся. Нашим "поморам", жителям Северного края, казалось, что это "ангелы играют на небесах". Предки Ломоносова хорошо знали это явление и умели различать отдельные его фазы, называя явление в целом "пазорями" или "сполохами". Начало пазорей, когда на севере начнет как бы разливаться бледный белый свет, подобный Млечному Пути, называется "отбелью" или "белью". Следующий затем переход, когда "отбель" сначала принимает розовый оттенок, потом постепенно багровеет, называется "зори", "зорники". После "зорей" начинают раскидываться по небу млечные полосы — "лучи". Если явление продолжается, — лучи багровеют и постепенно превращаются в яркие, красные и других цветов радуги — "столбы". "Столбы" краснеют все более и более — "багрецы наливаются". "Столбы" сходятся и расходятся—"столбы играют". Когда слышится треск, — это называют "сполохами". Если столбы мерцают, то говорят "зори и столбы дышат". Так, по Мельникову-Печерскому у поморы изображают ход полярного сияния Но самым замечательным наблюдением, быть может, опередившим научное его открытие, является факт, подмеченный нашими поморами: "на пазорях матка дурит". Маткой архангельские моряки называют компас; по их наблюдениям магнитная стрелка компаса теряет свое спокойствие во время полярных сияний, и начинает "дурить" — делать беспорядочные движения.
Рис. 77. Запись магнитографом магнитной бури во время северного сияния 14 ноября 1926 г. в Перми.
Что же представляет собою полярное сияние и почему во время его вспышек содрогается магнитная стрелка? Еще гениальный Ломоносов, с детства ломавший голову над причинами этого явления, допускал электрическую природу полярных сияний. Но он думал, что оно вызывается трением снежных кристаллов, плавающих в атмосфере на большой высоте — "мерзлый пар среди зимы рождает пожар". Первым толчком к правильному объяснению северных сияний послужило предположение германского физика Гольдштейна, что Солнце испускает электрические лучи, подобные катодным, и этим объясняется таинственная связь между изменением в пятнах на Солнце и магнитными и электрическими колебаниями на Земле. Огни сияний как бы наглядно демонстрируют эту зависимость. Дальше мысли эти развивались в деталях, но сущность их осталась та же. В 1896 г. проф. Биркеланд опытным путем доказал, что это воззрение справедливо. Он поместил в огромной разрядной камере небольшой шарообразный электромагнит на пути пущенных в камеру катодных Лучей. Как только начинал действовать электромагнит, катодные лучи окружали шар двумя венцами света у ее полюсов.
Рис. 78. Северное сияние в виде дуги или арки с выходящими из нее лучами или столбами.
В настоящее время изучением северных сияний усиленно занимается шведский ученый Штермер. Он фотографирует и кинематографирует их из разных пунктов, связанных телефоном, вследствие чего возможно определить форму сияний, их высоту и др. особенности. Оказалось, что обычная высота, на которой сияния наблюдаются, — 100 км, колеблясь от 80 до 200 км. Верхние же части сияний в некоторых случаях доходят до 1000 км.
Полярные сияния имеют 27-дневную периодичность в зависимости от вращения Солнца вокруг оси. Через этот промежуток времени бывает обращена к Земле одна и та же группа пятен, с которой сияние связано. А так как пятнообразовательная деятельность на Солнце усиливается через 11 лет, то и сияния обладают 11-летней периодичностью (рис 79).
Рис. 79. Зависимость в ходе северных сияний (нижняя кривая) от солнечных пятен (верхняя кривая) 1830–1926 гг. В 1872 г. северных сияний было особенно много, как и пятен на Солнце в 1870 г.
ТАЙНА ГРОМОВЫХ РАСКАТОВ
"Стукотит — гуркотит — сто коней бежит", — так изображает народная загадка характерные громовые раскаты, начинающиеся обыкновенно со слабых, словно отдаленных, затем усиливающиеся, достигающие наибольшей силы и постепенно ослабевающие. До сих пор раскаты объяснялись отражением одного удара от воздушных слоев различной плотности, порождающим ряд разнообразнейших "эхо", которые достигают нашего уха в разное время. Наряду с этим, однако, известно, что когда гроза проходит прямо над головой наблюдателя, гром имеет совсем другой характер, напоминающий выстрел или треск, внезапно разражающийся коротко и оглушительно; лишь после этого иногда слышно незначительное эхо. При этом внезапный удар грома следует почти непосредственно после молнии или даже сливается с нею, тогда как в прочих случаях между молнией и громом протекает иногда заметное время; по протекшему промежутку времени часто приблизительно определяют расстояние, на котором произошел разряд атмосферного электричества, т. к. свет распространяется почти мгновенно, а звук сравнительно медленно.
В настоящее время, после работ венского ученого Шмидта, для полного объяснения громовых раскатов нужно принять во внимание не только звуковые волны распространяющиеся после разряда молнии, но и так называемые "взрывные волны". Последние возникают при взрывах вследствие быстрого образования большого количества газов, вызывающих давление в тысячи атмосфер. Напором этих газов моментально оттесняется ближайший слой воздуха, что и вызывает взрывную волну, распространяющуюся во все стороны. В передней части взрывной волны образуется сильное сгущение воздуха, сзади — большое разрежение. Такая волна бежит быстрее звуковой, но расходясь от места взрыва, она делается слабее по мере того, как сгущение в ее передней части ослабевает. Разрушаясь и видоизменяясь, волна постепенно из взрывной превращается в звуковую.
Молния — это электрическая искра громадного размера и, конечно, также производит взрывные волны, но волны эти быстро ослабевают по мере удаления от места разряда. Выяснено, что колебание воздушных частиц, распространяющихся со скоростью большей, чем звуковая волна, воспринимаются ухом как треск, и этот-то треск мы и слышим в момент разряда над нашей головой.
В чем же тогда заключается тайна продолжительных громовых раскатов, когда разряд молнии происходит на некотором расстоянии от наблюдателя?
Фотографии молнии показывают нам, что она состоит не из одной искры, а из ряда искровых разрядов (рис. 80), порождающих целую систему взрывных волн, распространяющихся с разными особенностями. До наблюдателя доходят разные фронты этих волн, взаимно перекрещивающихся. Кроме того, в виду большой длины молнии, путь, проходимый ею через слои воздуха разной плотности, дает неоднородную взрывную волну. Наконец, не исключена возможность и отраженного "эхо" от слоев воздуха.
Теперь мы яснее представляем себе, почему так сложны те раскаты грома, то затихающие, то вновь усиливающиеся, которые мы обычно наблюдаем в грозу и которые народ приравнивает к топоту "ста коней".