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.
Наука стала буксовать.
Норвежец, автор "Королевского зерцала", живший в XIII веке, удивлялся, что люди, часто видевшие полярные сияния, не имеют четкого представления об их природе. Его соотечественник Ф. Нансен, составляя 750 лет спустя отчет о знаменитом дрейфе зажатого во льдах "Фрама", по существу, вторит ему: "Для объяснения причин северного сияния наши наблюдения дали так же мало, как и наблюдения других экспедиций". И это при том, что один из участников экспедиции — С. Скотт — Гансен по поручению Нансена специально следил за сияниями, которые, как отмечает Нансен, горели над "Фрамом" почти каждые сутки в течение трех долгих полярных ночей!
И что обидно, в массе материалов по полярным сияниям совершенно терялись наблюдения и научные выводы, намного опередившие свое время. Им суждена была лишь судьба подтвердить известное изречение: "Новое — это хорошо забытое старое". Взять ту же экспедицию Нансена на "Фраме"…
Всего несколько лет назад изображения аврорального овала, полученные с помощью спутников, открыли интересное явление, тонкое даже по понятиям современной космофизики: дуги сияний расходятся от обращенной к Солнцу, полуденной, точки овала, как усы у кошки. А вот что сообщает Нансен (его книга вышла в 1897 году под русским названием "В стране льда и ночи"): Скотт — Гансен наблюдал сразу после захода солнца, что "северное сияние распространялось от солнца по всему небесному своду, как полосы на внутренней стороне апельсинной кожицы". Это несомненно то же самое явление.
Впрочем, на это наблюдение Скотт-Гансена обратил внимание Д. И. Менделеев, составлявший программу русской арктической экспедиции. Он полностью занес его в свой конспект.
А сама идея аврорального овала! Мы уже говорили, с каким трудом пробивала себе дорогу идея "мгновенного портрета" системы полярных сияний в 60-х годах нашего века. Но, по свидетельству А. Эгеланда, вывод о том, что полярные сияния образуют светящееся кольцо вокруг Северного полюса, содержался еще в диссертации, защищенной шведским ученым П. В. Варгентином более 200 лет назад! Не так уж много материалов было в его распоряжении, но он сумел обобщить их и сделать правильные выводы.
Однако впереди науку о полярных сияниях ждали два рывка. Один из них был связан с великим переворотом в физике, приведшим к появлению квантовой механики. В 1897 году Дж. Дж. Томсон, исследуя газовый разряд, понял, что существует элементарный носитель электрического заряда — электрон, который и вызывает свечение газа при разряде. X. А. Лоренц ввел представление об электроне в теоретическую физику. Нильс Бор сделал важный шаг к пониманию устройства атома, разобравшись, почему один и тот же атом может светиться разными цветами. Теперь ученые могли узнавать атом по его цветовой палитре — спектру (набору длин электромагнитных волн, которые может "высвечивать" атом, включая и те, которые не воспринимаются человеческим глазом).
Стало ясно, откуда берутся разные цвета, — вопрос, который безуспешно пытался решить еще Ньютон.
Ломоносов думал над происхождением цветов полярных сияний. Теперь, после знаменитого переворота в физике, все становилось на место. Стал ясен принцип свечения полярного неба, стало ясно, что свечение это вызывается отдельными заряженными частицами. Можно было выяснять и обсуждать происхождение и движение этих частиц, другими словами, исследовать процессы, текущие за экраном космического телевизора — над полярным небом.
Второй рывок — появление космических аппаратов, позволивших исследовать это все там, на месте.
