Сполохи над холмогорами (Лилия Алексеева)

Алексеева Лилия Михайловна. Окончила физический факультет Московского университета в 1964 г., защитила кандидатскую диссертацию в 1968 г. Работает в Московском университете, специалист по физике околоземного пространства. Ею опубликованы научно-популярные статьи в журналах "Квант" и "Знание - сила", очерк в альманахе "Пути в незнаемое". Живет в Подмосковье.

"К зениту ото всей ленты метнулись лучи, и, не успел я опомниться, как вся южная часть неба, от дуги до зенита, была объята светлым пламенем. Оно сверкало и горело, кружилось, словно вихри ветра, лучи летали взад и вперед, то красные и красно-фиолетовые, то желтые, зеленые и ослепительно белые... Выше и выше поднималось пламя..." Это писал Фритьоф Нансен. А вот репортаж космонавта Георгия Михайловича Гречко: "Тысячи прожекторов выстроились в такие извилистые линии над Америкой и били вверх... У Земли - были зеленого цвета. Сквозь нас проходили и выше уходили - красного цвета. Тысячи их там переливались огнями... Фантастическое совершенно зрелище".

"Безмолвный пожар небес" - полярное сияние - кажется на редкость безобидным. Есть оно в небе или нет - жизнь идет своим чередом. Лишь приостановятся иногда люди, залюбовавшись его игрой. Да еще у магнитных компасов задрожат стрелки, и возникнут затруднения с радиосвязью.

Может, из-за этой безобидности и обошли его вниманием сказки коренных народов Севера. Другие явления природы - снегопады, приход льдов к побережью, ветер с берега и ветер от берега - все это есть, сияния же словно не важны для живущего под ними человека. Чуть ли не единственное исключение - фольклор эскимосов. По их древнему поверью, люди, умершие не своей смертью, поднимаются на небо к сполохам, в сказках сполохи "играют огненными мячами". Есть легенда о бездетном охотнике, видевшем, как с неба срывается маленький сполох и падает ярким огоньком возле его жилища. Считая, что сполох принес ему счастье, охотник называет родившегося потом сына Сполохом. Но эскимосы - особые люди, можно сказать, люди искусства. Необыкновенно высоко их мастерство резьбы и гравировки по кости, выразителен танец, замечательно стройны хоровые песни-импровизации. Кому, как не им, отозваться на чарующую красоту "пожара небес"?

Европейцы относились к сияниям по-разному. Об их природе размышлял еще Аристотель. Он пытался их классифицировать, давая названия отдельным формам. Но полярные сияния очень изменчивы, и по редким наблюдениям составить о них представление нельзя. Не удивительно, что признаки, которые положил в основу своей классификации Аристотель, оказались случайными. Для современных специалистов остается, например, загадкой, какое свойство сияний дало ему повод назвать одну из форм - "прыгающие козлы".

Обычный цвет "неполярных" полярных сияний - красновато-розовый, похожий на цвет зари. Видимо, поэтому сияния носили у древних римлян имя Авроры - богини утренней зари. В науке это название используется до сих пор: вместо "полярносиянные явления" гораздо легче выговорить "авроральные явления". Мощные сияния скорее походят на зарево, чем на зарю. Их и принимали за пожар. По свидетельству римского философа Сенеки, в 37 г. н. э. было сияние такое яркое и красное, что римляне решили - "горит вся колония Остия", и император Тиберий поспешил выслать туда для помощи своих солдат. Любопытно отметить, что и почти две тысячи лет спустя сияние произвело точно такое же впечатление: 25 января 1938 г. пожарные команды некоторых южноевропейских городов по тревоге выехали по направлению к сильному зареву в северной части горизонта.

Во времена средневековья полярные сияния в Средней и Южной Европе вызывали страх. Их считали знамением небесным. Можно представить себе, как волновались верующие, видя над собой необычные огненные "персты", "кресты", "мечи", "зарева" и прочее.

Совсем другое отношение к сияниям сложилось на севере Европы, где они бывают часто. Здесь бороздили холодные моря норманны (викинги) - воинственные предки современных датчан, норвежцев и шведов. Занимаясь торговлей и заодно грабежом, они везде то оставляли, то сворачивали свои "морские базы" - колонии. Норманны были на. редкость умелыми и отважными мореходами: их небольшие корабли - всего до 25 пар весел с одним прямым парусом - пересекали Северную Атлантику, наведываясь в Гренландию и - задолго до Колумба - к берегам Америки. Такой корабль изображен на старой скандинавской гравюре: обледеневшая резная фигура на носу, ледяные шапки на воинских щитах, укрепленных по бортам над отверстиями для весел; внизу - отогнутые назад гребни волн вровень с бортами, вверху - созвездие Большой Медведицы и дуга полярного сияния. Точно подмеченная деталь: одна звезда светит прямо сквозь сияние. Никаких чудес, кроме людского мужества.

Похожий образ жизни вели наши новгородцы, и в их летописях сияния описывались без всяких намеков на чудеса.

По-видимому, Северная Европа и была родиной науки о полярных сияниях. Норвежская летопись, она же научный трактат, "Королевское зерцало", составленная в первой половине ХIII в., содержит отзвуки горячих дискуссий об их происхождении. Примечателен сам автор этого труда, имя которого, к сожалению, осталось неизвестным. Рассуждая, он оперирует совершенно реальными свойствами полярных сияний, выясняет детали в беседах с путешественниками, удивляется, что люди, во множестве видевшие полярные сияния, не имеют четкого представления о них.

Этому удивлению суждено было держаться еще много веков: слишком переменчивы и своеобразны сияния. На рубеже XX в. Ф. Нансен, составляя отчет о знаменитом дрейфе "Фрама", напишет: "Для объяснения причин северного сияния наши наблюдения доставили так же мало, как и наблюдения других экспедиций". И это при том, что одному из сотрудников Нансен специально поручил следить за сияниями, которые часто горели над "Фрамом" в течение трех долгих полярных ночей.

И автор "Королевского зерцала" вынужден критически относиться к известным ему гипотезам о природе сияний: он выделяет три, которые кажутся ему правдоподобными, но не ручается за их правильность. Одна из них основана на старых космологических представлениях скандинавов, и мы не будем ее касаться. Согласно двум другим, полярные сияния - это отблески зашедшего Солнца или свет, который будто бы излучают льды при очень низкой температуре. Эти идеи жили, по-видимому, очень долго. Их мы находим полтысячелетия спустя в стихотворении М. В. Ломоносова "Вечернее размышление о божием величестве при случае великого северного сияния":

   Но где ж, натура, твой закон? 
   С полночных стран встает заря! 
   Не солнце ль ставит там свой трон? 
   Не льдисты ль мещут огнь моря?

Так же как и "заря-аврора" древних, здесь это уже не гипотезы: они привлечены автором, чтобы дать образ сверкающего в ночи красочного Севера. Пушкин считал себя учеником Ломоносова, и поэт Ломоносов вспоминается часто только как новатор русского стихосложения: он стоит, по выражению Н. В. Гоголя, "впереди наших поэтов, как вступление впереди книги". Но есть в его стихах строки, гениальность которых видна даже сквозь славу таких продолжателей, как Пушкин. Они похожи на цветомузыку, естественно дополненную ощущением переменной силы тяжести. И такой уж оказалась индивидуальность поэта, что самые поэтические его строки посвящены явлениям природы и науке о них. Это по случаю полярного сияния написаны головокружительные стихи о ночном небе:

   Открылась бездна, звезд полна; 
   Звездам числа нет, бездне - дна.

М. В. Ломоносов всю жизнь интересовался полярными сияниями. Незадолго до смерти он начал и не успел окончить монографию "Испытание причин северного сияния и других подобных явлений". В ней он писал: "Родившись и жив до возраста в таких местах, где северные сияния часто случаются, не без сожаления вспоминаю, что не мог пользоваться внимательным наблюдением разных перемен и обстоятельств, бывающих при таковых явлениях". Для крестьянского мальчика такие наблюдения за явлением, для всех привычным, считались пустой тратой времени.

Позже, став ученым, Ломоносов жил и работал в Петербурге. Во время редких сияний над столицей он "с прилежанием" вел наблюдения. Пытался рисовать сияния, "сколько дозволяла скорая их переменчивость". Эти зарисовки, выгравированные на меди, хранятся в Академии наук СССР. "Смерив", он нашел, что "вышина верхнего края дуги около 420 верст".

Действительно, мы знаем теперь, что сияния горят на разных высотах - от 90 до 1000 км. Ломоносов установил, что полярные сияния не относятся к явлениям в атмосфере - той плотной газовой оболочке Земли, где возможна жизнь, ибо "положение северного сияния выше пределов атмосферы показывает сравнение зари, с ним учиненное". (Для Ломоносова не было сомнения, что заря - "не что иное есть, как воздух атмосферный, освещенный от солнца, скрытого горизонтом".) Теперь эти высоты - километров 300 и выше относят к космическому пространству.

"Что видимое сияние в месте, лишенном воздуха, произведено быть может, в том мы искусством уверены", - писал Ломоносов. "Искусством" были его лабораторные опыты по электрическому разряду в газе. Он проводил их со стеклянными шарами, откуда откачивался - но не до полного исчезновения - воздух. "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", - говорил о своих наблюдениях Ломоносов.

Михайло Васильевич знал цену прямому наблюдению и умел отличать факты от суждения о них. В его времена электрические явления объясняли свойствами особой жидкости - эфира. Провозглашая сходство сияний и лабораторного электрического разряда, он считал, что "все рассуждения, которые ясного и подробного познания о эфире требуют, без погрешения здесь мимо пройти можно". Ушли в прошлое рассуждения об эфире, остался вывод Ломоносова об одинаковой физической сути свечения неба и газового разряда.

Независимо от Ломоносова и почти одновременно с ним сходство этих явлений поняли Ж. Кэнтон в Англии и Б. Франклин в Америке. Насколько продвинулась при этом наука, видно из такого примера. Всего за двадцать лет до этого вышла работа шведского астронома и физика А. Цельсия - имя его известно всем благодаря предложенной им шкале температур. И работа эта была написана с позиции идеи, что полярные сияния представляют собой отблески горных вершин.

Впрочем, автор не настаивал на такой трактовке: он вообще считал существовавшие тогда гипотезы легковесными и призывал ученых сосредоточить внимание на тщательных наблюдениях. Наука о полярных сияниях многим ему обязана. К истине этот исследователь шел своим путем, настойчиво добиваясь создания разветвленной сети станций, на которых можно было бы одновременно вести наблюдения за сияниями. Ему удалось организовать ее, но он не дожил до того времени, когда его дело стало приносить весомые плоды. Современное "глобальное" представление о полярных сияниях опирается именно на данные сети станций.

Что же мы знаем сегодня о "хладном пламени" небес? Оказывается, у сияний над планетой есть типичный "мгновенный портрет": они образуют два громадных светящихся "кольца" над полярными районами обоих полушарий - два авроральных овала, как их называют специалисты. Каждый овал охватывает свой магнитный полюс.

Повседневный вид овала - именно кольцо, без всяких кавычек. Очертания его ясные и правильные. Сейчас это подтверждается фотографиями, сделанными специальными приборами со спутников. Но бывают - сравнительно редко - периоды, когда эта правильность теряется: в ночной, противосолнечной, части овал "вспучивается" в сторону полюса, "разлохмачивается", "заливая светом" всю внутреннюю полярную область. Длятся такие периоды от часа до нескольких дней. Если период короткий, говорят, что происходит суббуря - под овалом магнитные стрелки мечутся сильнее обычного. Если затяжной - суббури сменяют одна другую, и стрелки "неправильно" себя ведут уже по всей Земле, это магнитная буря. Совсем редко появляются красные "сияния-зарева" экваториальнее овала.

Связанность сияний и магнитного поля Земли не случайна. Дело в том, что полярные сияния "показывает" нам космос, точнее, та его часть, в которой еще чувствуется земное магнитное поле, - магнитосфера.

Именно отсюда приходят те заряженные частицы, которые бомбардируют верхние разреженные слои атмосферы, заставляя их светиться. В лабораторном газовом разряде роль этих частиц играют электроны, вылетающие из катода. И еще: аналогичным образом - при бомбардировке электронами - светится экран обычного телевизора. Поэтому небо высоких широт - это как бы телевизионный экран. У современных исследователей полярных сияний, космо- и геофизиков, очень широкий фронт работы: от изучения устройства "телевизора" до оценки исполнения ролей в "телеспектакле" - сиянии "актерами" - космическими процессами. Итак, "говорит и показывает космос"...

"О ты, таинственный свет, что ты такое и откуда ты происходишь?" - записал однажды в своем дневнике Ф. Нансен, насмотревшись на сияние в его "вечно меняющейся красе". На первую часть вопроса дал ответ М. В. Ломоносов, который понял природу свечения. На вторую - современные исследователи, разобравшись, как работает космический "телевизор". Ломоносов же в вопросе о происхождении сияний заблуждался, полагая, что "электрическая сила, рождающая северное сияние" возникает в атмосфере из-за трения воздушных потоков друг о друга.

Однако во времена Ломоносова уже были указания на космическое происхождение полярных сияний, и ученый знал об этом. В набросках его неоконченной монографии есть пункт: "Меран о солнечной атмосфере". Французский ученый Ж.-Ж. де Меран объяснял сияние действием солнечной атмосферы на земную. И объяснение это было не на пустом месте. Де Меран обнаружил замечательный факт: среднее число мощных сияний, скажем, за год меняется так же, как среднее число солнечных пятен. Космос отчетливо заявлял о себе!

Почему же все-таки М. В. Ломоносов держался другой, ошибочной точки зрения? Мне кажется, дело здесь вот в чем.

Независимость его суждений известна. Он ценил факт. И он был очень наблюдателен. Не эти ли качества сыграли свою роль?

Что из общей картины сияний - аврорального овала - мог часто наблюдать Ломоносов, "жив до возраста" в Холмогорах? Овал в своем обычном состоянии неоднороден. В его вечерней части горят ровным светом длинные правильные полоски - дуги, в утренней - отдельные пятна, в ночной - сияния вспыхивают, переливаются, имеют беспорядочный вид. Из-за суточного вращения Земли овал так движется над земной поверхностью, что подходит близко к Холмогорам лишь своей ночной частью, причем с севера. А вот что пишет Ломоносов о своих детских и отроческих впечатлениях: "Сколько могу себе представить, заподлинно уверяю, что в оном климате около 64 градусов северные сияния бывают непорядочные (неправильной, изменчивой формы. - Л. А.) и не могу вспомнить, чтобы когда я видел хотя мало регуларную (правильную. - Л. А.) дугу на севере или на полудне, но по большей части бывают всполохи наподобие зарницы или столбов и лучей весьма переменных; второе, хотя всполохи бывают по всему небу, однако больше на севере".

И вот что замечательно в его рассказе: сияния "чаще случалось видеть в ветреную погоду сквозь прерывистые облака". Обобщив большой материал наблюдений, член-корреспондент АН СССР Э. Р. Мустель и его сотрудники показали, что в те же периоды, когда сияния под действием некоторых космических причин становятся частыми и сильными, давление воздуха на поверхности Земли изменчиво более, чем обычно. А значит, должны дуть порывистые ветры...

Очень точно фиксировал Ломоносов виденное, и не ускользали от его внимания важные детали. А раз так, задумаемся повнимательнее вот над какой фразой из его научной работы: "Из моих наблюдений... оказалось, что в начале осени и в конце лета, тяжкого многократными грозовыми тучами, чаще северные сияния являются, нежели по иных летах". В выводах современных исследователей проступает связь электрического поля в нижней атмосфере с состоянием космоса, а полярные сияния, как мы видели, непосредственно это состояние отражают. Не навела ли Ломоносова именно подмеченная им связь - как мы теперь понимаем, связь между космосом и атмосферой - на мысль о земной причине полярных сияний? И вполне возможно, что вместе с ошибкой он сделал "преждевременное" открытие.

Так ли все-таки "безобидны" для нас полярные сияния? Точнее, можем ли мы не обращать внимания на те космические явления, что стоят за ними? Ответить "безобидны" уже поздно, "небезобидны" - рано. Поздно потому, что, хотя и кажется, будто воздушный океан - атмосфера - прекрасно укрывает нас, его "придонных обитателей", от всех влияний переменчивого космоса, есть уже надежно установленные факты, говорящие обратное. Например, циклоны над бухтой Аляска оказываются явно более сильными, зародившись в "бурную магнитную погоду". Рано - потому, что сейчас неясно, как широко и сильно это влияние: вопрос решен пока только в принципе.

Еще предстоит выяснить механизм, посредством которого состояние космоса влияет на физические явления в нижней атмосфере. Заготовленных истин здесь нет, есть только упрямые факты, зовущие за собой.

"Сами свой разум употребляйте" - такую заметку находим мы в лабораторных бумагах Михаила Васильевича Ломоносова.