Небесные сполохи и земные заботы - [24]
Когда обломки, встречаясь между собой, восстанавливают свою целостность или когда возбужденная частица превращается в невозбужденную, запасенная ранее энергия излучается в виде световых квантов. Поэтому верхние слои атмосферы, принимающие на себя основной удар коротковолнового излучения Солнца, светятся по–особому, не так, как ее нижние слои.
Днем это собственное свечение верхней атмосферы забивается ярким солнечным светом, рассеянным нейтральными частицами атмосферы. Но запасенная в ионосфере энергия освобождается и ночью. Поэтому в ясную безлунную ночь небосвод, если наблюдать его с Земли, имеет примерно в два раза большую яркость, чем можно ожидать при учете лишь одного света звезд.
Это слабое свечение ночного неба — прямая родня полярному сиянию, в обоих случаях светится одна и та же среда. Только энергия для свечения черпается из разных источников: это либо запасенная ионосферой энергия электромагнитного излучения Солнца, либо (в случае полярных сияний) энергия частиц, приходящих из магнитосферы и бомбардирующих верхние слои атмосферы. Впрочем, высыпающиеся из магнитосферы частицы вносят свой вклад и в общее свечение ночного неба, только высыпания слабые и свечение слабое. Частицы верхних слоев атмосферы получают энергию и при сгорании попавших в нее мелких метеоритов. Кончается тем же: возвращаясь в нормальное состояние, частицы испускают кванты света различной окраски — различных длин волн.
Этим свечением верхние слои атмосферы как бы сообщают о себе, о своем химическом составе, о возбудителях свечения и о многом другом. Так, почти 100 лет назад физики обнаружили в спектре ночного свечения неба яркую зеленую линию. В земных лабораториях такого не наблюдалось. Предположили, что в атмосфере Земли имеется неизвестный газ, дали ему название «геокороний». Но потом оказалось, что эту линию излучают атомы кислорода, не связанные в молекулы. Этот атомарный кислород существует лишь на высотах 100 километров и выше, у нас же, на дне «воздушного океана», атомы кислорода всегда объединены в молекулы газа кислорода по двое.
Воздух ниже высоты 100 километров хорошо перемешан и по составу практически не отличается от приземного (мы отвлекаемся от различия примесей, которое позволяет говорить о слое озона, обсуждать, где находятся пары воды и прочее), только плотность его быстро спадает по мере удаления от Земли. На высоте 100 километров по понятиям земной физики — высокий вакуум, но по составу — это обычный воздух. Выше меняется и состав.
Эта высота, 100 километров, примечательна во многих отношениях. Мы видели, что примерно здесь находится нижняя граница полярных сияний. Свечение ночного неба говорит о том, что свободные электрические заряды в верхних слоях атмосферы есть и ночью. И действительно, особенности распространения радиоволн показывают, что отражающее электропроводное радиозеркало существует круглосуточно, оно окружает нашу планету со всех сторон. Причем электрическая проводимость атмосферы нарастает с высотой весьма показательно: она мала между поверхностью Земли и той же высотой — примерно 100 километров, выше резко увеличивается (днем она, естественно, намного больше, чем ночью, потому что в ионосфере больше «обломков», а значит, и свободных зарядов).
Можно сказать, что на этой 100‑километровой высоте проходит граница земного и космического. Обращенная к Земле часть космоса, ионосфера, — последняя важная Для нас деталь устройства космического телевизора, который показывает нам полярные сияния.
Все земные электронные или просто электротехнические устройства выполняют свои функции потому, что Детали их имеют неодинаковое сопротивление: где надо — поставлен проводник, где надо — изолятор. Проводящий слой, ионосфера, примыкает к магнитосфере и переходит в нее. Они обмениваются между собой электрическими зарядами (токами). Но физические свойства у них различны. Плазма магнитосферы разрежена и состоит в основном из свободных заряженных частиц. Плазма ионосферы гуще, плотность свободных носителей зарядов здесь намного больше, но эти свободные заряды представляют собой малую примесь к нейтральным частицам, с которыми им приходится сталкиваться при движении. Поэтому ионосфера и магнитосфера отличаются и электрическим сопротивлением. Не вдаваясь в подробности, проинформируем читателя, как работает эта «небесная электротехника».
Электропроводящие свойства наших проводников таковы, что при обмене зарядами между ионосферой и магнитосферой токи «предпочитают» течь вдоль силовых линий магнитного поля. В нижней ионосфере в отличие от верхней заряды перетекают также и поперек силовых линий, причем делают это тем легче, чем больше в ионосфере свободных заряженных частиц. Иначе говоря, с увеличением числа носителей зарядов в ионосфере падает ее сопротивление поперечному (по отношению к магнитным силовым линиям) току. С этим связан интересный эффект, когда космические проводники, ионосфера и магнитосфера, как бы сами себя выводят на режим короткого замыкания.
Книга посвящена жизни и творчеству выдающегося советского кристаллографа, основоположника и руководителя новейших направлений в отечественной науке о кристаллах, основателя и первого директора единственного в мире Института кристаллографии при Академии наук СССР академика Алексея Васильевича Шубникова (1887—1970). Классические труды ученого по симметрии, кристаллофизике, кристаллогенезису приобрели всемирную известность и открыли новые горизонты в науке. А. В. Шубников является основателем технической кристаллографии.
Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.
Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
«Занимательное дождеведение» – первая книга об истории дождя.Вы узнаете, как большая буря и намерение вступить в брак привели к величайшей охоте на ведьм в мировой истории, в чем тайна рыбных и разноцветных дождей, как люди пытались подчинить себе дождь танцами и перемещением облаков, как дождь вдохновил Вуди Аллена, Рэя Брэдбери и Курта Кобейна, а Даниеля Дефо сделал первым в истории журналистом-синоптиком.Сплетая воедино научные и исторические факты, журналист-эколог Синтия Барнетт раскрывает удивительную связь между дождем, искусством, человеческой историей и нашим будущим.
Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.