«Загадки» природы

Рис. 38. Лунная «дорожка» на воде.

Вспомните солнечную «дорожку» на волнующейся поверхности воды. Мы видим в этом случае до неузнаваемости искаженное отражение Солнца в волнах: Солнце кажется нам в виде длинной светящейся полосы на воде. Ночью на воде серебрится лунная «дорожка» – сильно искаженное изображение Луны (рис. 38). Искаженное изображение Луны и Солнца можно наблюдать и в воздухе. Лучи света, отражаясь от горизонтальных граней ледяных кристалликов, рождают на небе длинную светящуюся полосу – возникает световой столб. Такие столбы тянутся от. Солнца или Лупы и тогда, когда последние находятся еще у горизонта. Иногда светящийся столб идет от Солнца как кверху, так и книзу.

Рис. 39. Так образуются светлые кресты около Солнца.

В сложных гало нередко наблюдают так называемы, околосолнечный круг – горизонтальный светлый круг, проходящий через Солнце. Такой круг возникает также благодаря отражению солнечных лучей от боковых граней шестигранников, вертикально плавающих в воздухе.

Рис. 40. Другой пример образования светящегося креста над Солнцем.

Благодаря отражению мы видим на небе ложные солнца на расстоянии от Солнца в 90 и 80 градусов.

И, наконец, нетрудно объяснить появление на небе светящихся крестов, вызывавших в прошлом у суеверных людей наибольший страх.

Мы не всегда видим на небе ту или иную форму гало полностью. Чаще бывают видимы только части кругов в 22 и 46 градусов. Зимой при больших морозах на небе появляются два столба по обе стороны Солнца. Это – видимые части дуг гало-круга. Также видим и отдельные части околосолнечного круга. Например, на рисунке 32, где изображено сложное гало 1928 года, видны лишь те части этого круга, которые примыкают к побочным солнцам. В других случаях видим только часть околосолнечного круга, непосредственно примыкающую к Солнцу.

Нетрудно догадаться, как возникают светящиеся кресты на небе. Например, мы видим вертикальные части дуг гало-круга и части околосолнечного круга у Солнца (рис. 39). Пересекаясь, они и дают два креста, расположенные по обе стороны Солнца.

Другой пример. У Луны мы видим часть горизонтального круга. Он пересекается светящимся столбом, идущим от Луны кверху и книзу. Образуется крест.

А вот и третий случай. Солнце стоит у горизонта. Вверх от него тянется длинный светящийся столб, который пересекается с видимой частью гало-круга (рис. 40). Над Солнцем возникает большой светлый крест.

Так наука объясняет причины появления гало.

«ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ТРЕТЬЕГО РОДА»

Полярное сияние наблюдается в приполярных странах, например у нас на севере. Там к нему привыкли и уже не удивляются этому явлению. По у человека, не северянина, полярное сияние оставляет неизгладимое впечатление.

Величественны и разнообразны формы этого явления. То на небе горят и переливаются зеленым, оранжевым, красным светом гигантские дуги; то ночное небо пронизывают огромные лучи-стрелы, вспыхивающие и угасающие; порой высоко в воздухе повисают изумрудно-зеленые, с красной бахромой, колыхающиеся занавеси.

Первым, кто изучал природу полярных сияний, был наш великий ученый М. В. Ломоносов. Он объяснил, что причиной полярного сияния служат электрические разряды в разреженном воздухе. «...Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе Електрической силы», – писал ученый.

Чтобы убедиться в справедливости своего предположения, Ломоносов поставил специальные опыты. Он выкачивал воздух из стеклянного шара и пропускал через шар электричество.

Опыты подтвердили предположение. «...Возбужденная Електрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают, и в то же почти время новые на их месте выскакивают, так что беспрерывное блистанье быть кажется», – записал Ломоносов.

Свечение разреженных газов М. В. Ломоносов называл «электричеством третьего рода».

После Ломоносова явление проходимости электрического тока через разреженные газы изучали другие ученые. Для опытов ими применялись стеклянные трубки, запаянные с двух концов. С обоих концов в трубки впаивались небольшие металлические пластинки – электроды; к ним присоединялись провода от источника тока. Пока газ, заключенный в трубке, находился при атмосферном давлении, он не проводил электрического тока, и свечения в трубке не было. Но стоило только создать в трубке разрежение, как в ней от одного электрода к другому возникал поток быстро летящих заряженных частиц – электронов, то есть начинал течь электрический ток. При этом в трубке возникало мерцающее свечение. Оно возникало в результате столкновений быстро летящих электронов с частичками газа в трубке.

Обычно при опытах воздух из трубок удалялся и трубки заполнялись какими-либо разреженными газами. Применялся, например, азот, водород; позднее для этой цели стали использовать инертные газы – аргон и неон.

Трубки были названы «газосветными». Различные газы светятся в газосветных трубках по-разному. Трубки, наполненные аргоном, светятся голубым светом, трубки с неоном дают красное свечение и т. д.

Так были получены в лабораториях ученых маленькие искусственные полярные сияния. Как и в воздухе, в состав которого входят инертные газы аргон, неон и другие, в газосветных трубках возникал разноцветный мерцающий свет, полыхало миниатюрное полярное сияние.

Наука наших дней подтвердила выводы М. В. Ломоносова о природе полярных сияний. Действительно, величественная картина полыхающего красками неба является по своей природе не чем иным, как свечением разреженных слоев атмосферы – на высоте от 80 до 1000 километров – под ударами электрических частиц – электронов, прилетающих к нам от Солнца.

Рис. 41. Полярное сияние – одно из самых величественных явлений природы.

Как известно, Солнце – это раскаленный газовый шар громадных размеров. Оно является как бы гигантской печкой, излучающей в пространство огромное количество энергии.

Что поддерживает высокую температуру раскаленного газового шара – Солнца?

Долго на этот вопрос наука не могла дать убедительного ответа. Только теперь, с развитием атомной физики (науки об атоме и его строении), дано обоснованное объяснение того, откуда Солнце черпает свою энергию. В глубинах небесных тел царит температура, достигающая многих миллионов градусов. В этих условиях происходит постоянное превращение одних химических элементов в другие. В основном происходит превращение водорода в гелий; при этом выделяется огромное количество энергии, которую Солнце излучает в мировое пространство.

Вместе с тем, в недрах этого небесного тела возникают потоки электрически заряженных частиц. Особенно мощные потоки таких частиц выделяют области «солнечных пятен». С огромной скоростью выбрасываются они Солнцем в мировое пространство. Достигая атмосферы Земли, эти потоки и вызывают полярное сияние. Сталкиваясь с атомами газов, входящих в состав воздуха, электрические частицы приводят их в возбужденное состояние – атомы начинают испускать свет.

В некоторые годы полярные сияния бывают особенно часто. Ученые обратили внимание на очень интересное обстоятельство. Оказывается, полярные сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наблюдается наибольшее число пятен. Уменьшается число солнечных пятен, убывает и число полярных сияний.

Но почему же это явление мы наблюдаем только у полюсов Земли? Чтобы понять это, надо знать другое природное явление – магнетизм.

Вспомните, что магнитная стрелка компаса указывает своими концами на юг и на север. Какие силы здесь действуют?

Как известно, каждый магнит всегда имеет два (или более) полюса – северный и южный. Магнит притягивает к себе железные и стальные предметы. Объясняется это тем, что вокруг каждого магнита существует так называемое магнитное силовое поле. Говоря иначе, в пространстве вокруг магнита действуют особые магнитные силы. Направление этих сил можно увидеть с помощью очень простого опыта. Положите на стол магнит и поверх него – лист бумаги или кусок стекла. Затем посыпьте на бумагу мелкие железные опилки и встряхните слегка лист бумаги. Вы ясно увидите, что опилки расположатся вдоль силовых линий магнитного поля (рис. 42).