Страница 29 из 40
Насколько реален был этот проект «полярного света», к которому Тесла возвращался несколько раз на протяжении жизни? Серия недавних аэрокосмических экспериментов по созданию химическим путем полярных сияний во многом подтвердила давние умозаключения великого изобретателя. Впрочем, проблема освещения высокоширотных городов и поселков во время длинных зимних ночей рассматривается еще с середины прошлого столетия. Среди многих оригинальных проектов можно встретить и такие, в которых предлагается «возбуждать участки ионосферы концентрированным излучением мощных мазеров с целью получения дополнительной освещенности над объектами хозяйственной деятельности». Любопытное предложение и что-то очень напоминающее…
Много копий сломано исследователями экспериментов Теслы вокруг вопроса: удалось ли изобретателю получить стабильные сияния в верхних слоях атмосферы при серии «сверхэнергетических опытов» в Колорадо-Спрингс? В общем-то, мнения, похоже, разделились поровну. Часть биографов Теслы считают, что все ограничилось чередой исчезающих спрайтов, не считая различных и иногда довольно любопытных линейных и шаровых молний. Другие полагают, что сообщения местных газет о «переливах неземного небесного света», сопутствовавшего «электрорезонансным опытам» изобретателя, и следует понимать как первый в мировой истории успех по созданию искусственного свечения ионосферы.
Где здесь истина? Ответ на этот вопрос оставим читателям, тем более что с течением времени открывается все больше интересных фактов творчества изобретателя.
На основании своей модели «явлений в токопроводящих слоях верхней атмосферы» Тесла выяснил, что северные сияния обычно движутся с востока на запад со скоростью несколько тысяч километров в час. Изобретатель разделял сияния по яркости на четыре вида. К первому он относил еле заметные сияния, сходные по своей яркости с Млечным Путем, а к четвертому — по яркости сравнимые с полной Луной.
Тесла считал, что среда полярных сияний содержит электрически заряженные частицы, которые он иногда называл корпускулами электричества, сегодня мы знаем, что это ионы и электроны. Именно корпускулы электричества, по мнению изобретателя, и придавали «эфирным сияниям» их поразительные световые свойства. Тесла обоснованно считал, что если в приземном слое сухой воздух является качественным изолятором, то в ионосфере он должен быть хорошим проводником. Удивительно, но все последующие исследования стратосферы показали вполне удовлетворительное совпадение с функциональными параметрами столетнего макета Земли-конденсатора, разработанного великим изобретателем. Исследуя свою модель, Тесла предсказал многие удивительные эффекты и, в частности, сильное влияние состояния ионосферы на наземную радиосвязь. Здесь он предвосхитил многие важные задачи современной радиофизики, создав базис для изучения свойств и процессов в верхних воздушных слоях атмосферы. Фактически Тесла предвосхитил оформившуюся в последние годы и быстро развивающуюся новую область научного знания — аэрономику. Несомненно, что перед ней очень большое будущее, и это будущее наверняка во многом связано с творческим наследием великого изобретателя.
Тут надо вспомнить и еще об одной продуктивной гипотезе, которой Тесла обогатил мировую науку. Речь идет о его идее, что свечение верхней атмосферы в высоких широтах Северного и Южного полушарий Земли вызвано энергичными заряженными частицами, вторгающимися в земную магнитосферу на своем пути от Солнца. В своей модели полярных сияний изобретатель учел много важных факторов: их зависимость от высоты, географического положения, магнитного поля Земли и т. д. Прогнозы Теслы до сих пор поражают воображение, ведь и в настоящее время мы еще не можем не только описать количественно это явление, но даже предсказать заранее многие закономерности предстоящего полярного сияния. Проблема полярных сияний оказывается слишком сложной и многоплановой. Например, до сих пор неясна связь полярных сияний с погодой. Северяне хорошо знают, что полярные сияния чаще наблюдаются в морозные ночи. Объяснения этому пока нет.
А творческое наследие великого изобретателя продолжает приносить сюрпризы, и не только историкам науки. Так, новейшие данные, полученные с помощью современных средств исследования, приводят некоторых ученых к предположению о том, что полярные сияния есть следствие взаимодействия ультрафиолетового излучения Солнца с очень разреженным воздухом, который на больших высотах находится в атомарном состоянии. Однако более ста лет назад Тесла начал свои первые опыты с простенького макета, в котором вызывал искусственные сияния, облучая колбы с разреженным газом в переменном электромагнитном поле ультрафиолетовыми лучами из трубки Крукса! Уже тогда интуиция изобретателя и ученого подсказывала ему, что в сияющих неземным светом колбах происходит ионизация воздуха — превращение нейтральных атомов в заряженные ионы. Разумеется, в то время никто не знал этих терминов, но правильность выводов изобретателя не вызывает особого сомнения:
«Лучистая энергия, эманация которой идет из моих конструкций трубок Крукса, несомненно, насыщает электричеством баллоны с откачанным воздухом и тем самым заставляет оставшийся газ испускать яркий свет, мигающий в такт налагаемым колебаниям электрического эфира…
То же имеет место быть и в самых верхних слоях атмосферы, где не вызывает сомнения наличие областей, хорошо проводящих электричество, что я считаю уже прочно доказанным».
Чтобы понять, почему сияния наблюдаются чаще всего именно в полярных областях Земли, Тесла настойчиво пытался выяснить, как движутся заряженные частицы в магнитном поле. Ход его рассуждений был следующий: если заряженная частица движется вдоль магнитного поля, то поле никак не влияет на ее движение, а в высоких широтах Земли силовые линии магнитного поля почти вертикальны, следовательно, это должно создавать благоприятные условия для проникновения частиц в атмосферу Земли.
В своей модели полярных сияний изобретатель догадался рассмотреть и противоположный случай, когда заряженная частица движется поперек магнитного поля. Тогда, по схеме Теслы, на нее действует сила, которая закручивает частицу вокруг силовой линии магнитного поля. В результате при отсутствии столкновений с другими частицами рассматриваемые частицы будут просто вращаться вокруг силовых линий. Столкновения могут приводить к перескоку частиц с одних круговых орбит на другие, но скорость такого движения существенно меньше, чем скорость направленного движения потока частиц при отсутствии магнитного поля. В низких широтах силовые линии почти параллельны поверхности Земли. Поэтому, делает заключительный вывод исследователь, чтобы частицы, вызывающие полярное сияние, могли здесь проникнуть в атмосферу, они должны прорваться поперек силовых линий Земли, а это для них практически невозможно.
Впоследствии Тесла рассмотрел и еще один важный случай образования полярных сияний для движения частиц электричества (современных ионов. — О.Ф.) под определенным углом к направлению магнитного поля. Ученый разложил такое движение на две составляющие: поперек магнитного поля и одновременно вдоль него. Оба эти случая оказались уже исследованы в его ранних моделях. Поэтому Тесла совершенно верно предположил, что траектория частицы в этом случае будет спиралью, накручивающейся на силовую линию магнитного поля. Шаг спирали он считал зависящим от величины продольной скорости, а радиус — от поперечной скорости. Таким образом, в расширенной модели изобретателя заряженная частица, попадая в магнитное поле Земли, могла достигнуть ее атмосферы только в полярных областях независимо от того, где она оказалась вначале.
По сути, современные работы смогли существенно дополнить модель Теслы только для частиц, которые движутся в неоднородном магнитном поле, изменяющемся в пространстве. При этом если частица движется по спирали вокруг силовой линии магнитного поля, которое увеличивается по мере продвижения частицы вперед (то есть силовые линии сгущаются), то с ростом напряженности поля частица замедляет свое движение вдоль силовой линии и в конце концов отразится и будет двигаться в обратном направлении. Силовые линии магнитного поля Земли сходятся около ее поверхности в высоких широтах. Поэтому заряженные частицы, вращаясь вокруг этих линий и подходя к местам их сгущений, отражаются и движутся в другое полушарие. Там повторяется аналогичное отражение, и частицы оказываются в первом полушарии. Это повторяется до тех пор, пока частица не потеряет энергию при соударении с нейтральными частицами в плотной атмосфере вблизи поверхности Земли.