Тайна путеводной звезды и врачебного магнита
Свистит ветер в вантах. Гудят барабанным гулом паруса. С волны на волну переваливается тяжелый галеас, принадлежащий только что основанной Ост-Индской компании.
Галеас, по сути, – большая галера, вернее, нечто среднее между гребным и парусным судном. В основном он считался военным кораблем и состоял на вооружении многих стран Европы в XVI–XVII веках.
На высоком мостике капитан. Время от времени он сверяет курс по прибору, спрятанному в тяжелый ящик из мореного дуба. Там, на дне в закрытом сосуде плавает на куске легкой коры крохотная железная стрелка. Где бы ни скитался корабль, как бы ни трепали его жестокие штормы, черный конец стрелки упрямо тянется к путеводной Полярной звезде. Астрологи уверяют, что там, в небе, на конце хвоста Малой Медведицы, находится магнитный камень. К нему-то и тянутся все магниты Земли.
Трудно сказать сегодня, кто первым придумал использовать магнит для указания верного пути в открытом океане. Может быть, китайцы, а может быть, финикийцы. В Европу «указатель пути» попал довольно поздно. Правда, уже в XI веке он был подробно описан в одном из манускриптов. А в XV веке, отправляясь на поиски Индии в Море мрака (как тогда называли Атлантический океан), магнитным указателем уже пользовался Колумб.
Галеас XVII века
Если заглянуть в вахтенный журнал нашего галеаса да разобрать каракули рук, не привычных к тонкому гусиному перу, можно установить, что корабль, о котором идет речь, направляется в королевство Английское, в славный торговый город Лондон. И что на дворе начало XVII века, а точнее, 1601 год, месяц февраль, а день 25-й…
Не попробовать ли и нам на время представить себя на борту этой тяжелой и малоповоротливой парусно-гребной посудины? Что если и нам отважиться вместе с представителями Ост-Индской компании ступить на английскую землю? Мы попадем в царствование королевы Елизаветы, во времена Шекспира, Гарвея и Гильберта – трех первых Уильямов, принесших славу своему государству. Мы попадем в начало деятельности Фрэнсиса Бэкона – великого философа, перевернувшего мировоззрение целой эпохи.
Итак, мы на галеасе. Под нашими ногами палуба – пятьдесят метров в длину, – не так мало для XVII века, не правда ли? Сотня гребцов-галерников. Кое-кто из них прикован к своим скамьям цепями – очевидно, каторжники. И над всем этим – три мачты с мощным парусным оснащением. Да еще пушки между гребцами. А на шканцах виднеются кирасы солдат. Прибрежные воды всюду кишат пиратами.
Созвездие Малой Медведицы в старинном звездном атласе Яна Гевелия
Но вот и берег. Слава Всевышнему! Корабль входит в устье Темзы. Пользуясь приливом, капитан направляет судно вверх по реке в Лондон. Наши спутники начинают готовиться к высадке. Последуем и мы их примеру.
Прежде всего переоденемся. Лучше всего подойдет застегнутый доверху черный камзол с высокими оплечьями и длинными рукавами. Он толсто подбит ватой и туго-натуго простеган. К камзолу прилагаются толстые, словно сшитые из ватного одеяла, короткие панталоны. Еще надо надеть высокий накрахмаленный воротник, который режет шею, и толстый суконный плащ… Ну и мода! Но туго наваченный камзол и панталоны предохраняют от кинжала наемного убийцы. А в плаще запутается шпага противника при уличной ссоре.
Неповоротливое судно уже у причала, и мы выходим в город. Не удивляйтесь узким улицам с канавами для нечистот. Мы с вами в Лондоне начала XVII века. Осторожно! Прижмитесь спиной к стене. Из-за поворота вылетели верховые. Они скачут, не разбирая дороги.
Английский костюм конца XVI – начала XVII века
Наш путь в Виндзор, именно там находится сейчас лейб-медик английской королевы Уильям Гильберт. Правильнее его, конечно, называть сэром Уильямом Гильбертом Колчестерским – так величают его пациенты. Но остановимся на том, что привычнее.
Виндзор – красивейшее место в графстве Беркс. От центра Лондона примерно километров двадцать. Здесь, на правом берегу Темзы, еще в XI веке Вильгельм Завоеватель построил замок. Потом его много раз перестраивали, украшали. И в конце концов Виндзор сделался любимым местом жительства английских королей.
Ныне доктор Гильберт должен показывать ее величеству магнитные опыты. Вы спросите, какое отношение придворный врач имеет к магниту? Самое непосредственное! Год назад, в 1600 году, из-под печатного пресса вышел его обширный труд «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов». Шесть книг, написанных на прекрасном латинском языке.
Вам не совсем понятно, почему лейб-медик занимается исследованиями магнита? Сейчас попробую объяснить.
Ковка железа и превращение его в магнит
Дело в том, что о магните с незапамятных времен ходили самые невероятные слухи. Знахари шептали, что магнит возвращает молодость, красоту и здоровье. Об этом писал даже сам великий Ге-бер – алхимик и врач, живший на рубеже VIII и IX веков. Был он арабом, и его настоящее имя звучало как Джабир ибн Хайян, латинисты переделали его в Гебера. Писал о магните и другой арабский ученый – знаменитый Аверроэс, настоящее имя которого тоже звучало непривычно для европейского уха – Абуль-Валид Мухаммед ибн Ахмед ибн Мухаммед ибн Рошд. Он жил в XII веке в Кордове и Севилье и, как все средневековые лекари, уверял, что толченый магнитный камень с водой – прекрасное слабительное.
Обо всем этом Гильберт знал. А поскольку семидесятилетнюю королеву не могла не волновать проблема сохранения молодости и красоты, залогом чего, как известно, является исправное функционирование желудка, ее придворный врач просто обязан был изучать свойства магнита.
Магнетизм был одним из самых таинственных природных явлений. Почему, к примеру, если расположить раскаленную железную полосу на наковальне строго с севера на юг, то откованное железо оказывается намагниченным? А стоит изменить направление этой полосы, сколько ни стучи молотом, никаких магнитных свойств она не приобретет.
Отдадим Гильберту должное. После многолетних опытов он осмелился, несмотря на авторитеты, утверждать, что прием толченого магнитного камня внутрь «вызывает мучительные боли во внутренностях, чесотку рта и языка, ослабление и сухотку членов». Правда, при этом и он не отрицал, что магнит «возвращает красоту и здоровье девушкам, страдающим бледностью и дурным цветом лица, так как он сильно сушит и стягивает, не причиняя вреда». Врач обязан быть не только образованным, но и осторожным человеком.
Уильям Гильберт Колчестерский (1544–1603)
Вы скажете: он противоречит самому себе! Правильно, но его последнее утверждение могло быть и данью авторитетам, и маленькой ложью во спасение. Представьте на минутку себя на месте королевы. Многие годы ваш лейб-медик занимается какими-то опытами, уверяя, что ищет способ сохранить ваше августейшее здоровье. И за это вы платите ему вполне приличное вознаграждение. Затем, много лет спустя, он выпускает в свет научный труд, из которого становится ясно, что лекарства, коими он вас пользовал, на деле могут только ухудшать самочувствие. Боюсь, что после этого лейб-медику не поздоровится. Гильберт был умен и не понимать этого не мог.
Ну а теперь, уяснив себе состояние дел и познакомившись заочно с нашим героем, отправимся в Виндзор…
Долгий вечер в Виндзоре
Мы не станем объяснять, как нам удалось попасть в небольшое общество, которое собралось в покоях королевы. Главное – мы в числе приглашенных и никого не удивляет наше присутствие.
В Виндзоре всегда весело: охоты, театральные представления, торжественные приемы. Правда, возраст королевы Елизаветы уже не тот, и она предпочитает тихие развлечения. Потому и решено под вечер устроить демонстрацию чудес доктора Гильберта.
С большинством кавалеров и дам мы незнакомы, но кое-кого узнаём. Вот, например, главное, как нам кажется, действующее лицо: высокий шестидесятилетний джентльмен. Он слегка лысоват. Бритый подбородок выдает в нем человека, не принадлежащего к придворной аристократии. Одет он скромно: в черный атласный камзол с испанским воротником и в плащ, наброшенный на плечи. Висячие усы не позволяют заподозрить в нем и священника.
Это сам доктор Уильям Гильберт. Он переставляет различные предметы на столе, приготовленном для опытов. Все ждут королеву.
А вот среди гостей и еще знакомое лицо: высокий лоб, внимательные глаза, горящие внутренним беспокойством. Человеку немного за сорок. По сравнению с остальными он молод. Пышные кружева подпирают аккуратную бородку. Пожалуй, костюм и облик выдают его некоторое тщеславие, а манера держаться – честолюбие. Но есть в нем одновременно и что-то виноватое. Это Фрэнсис Бэкон – младший сын лорда-хранителя печати и всего-навсего солиситор – стряпчий лондонского суда. Странно, что он оказался здесь. Канцлер казначейства да и влиятельный лорд Бурлей – муж его тетки – не очень-то жалуют молодого Бэкона. Один считает его опасным оппозиционером, другой – просто «мечтателем». Сюда, на ученый вечер, он, скорее всего, приглашен как философ.
Фрэнсис Бэкон (1561–1626)
Королева Елизавета I вошла и тихо опустилась в приготовленное кресло у камина. Вечером особенно заметно, как она немолода. Кажется, что веснушки и темные пятна с возрастом расплылись и создали общий нездоровый фон и без того не слишком красивого ее лица. Прическа из рыжеватых, густо выбеленных сединой волос, перевитых жемчугом, поредела. Голова ее все еще высоко поднята. Но не заслуга ли это высокого воротника? И не тяжелое ли платье, расшитое золотом, не дает согнуться стану этой пожилой и усталой женщины? Впрочем, глаза у королевы зорки и блестят любопытством. Она махнула платком, давая знак начинать.
– Ваше величество! – Гильберт говорил мягко, приятным голосом, как и подобает врачу. – Я собираюсь, если будет на то Божья воля, не умаляя заслуг тех, кто говорил о том до меня, изложить здесь перед вами открытую мною с помощью многих трудных и дорогостоящих экспериментов истину, которая противоречит мнению многих других философов, даже самых древних. Почему магнитная стрелка, применяемая на кораблях вашего доблестного флота, всегда показывает одно направление?.. Почему?
Гильберт обвел взглядом собравшихся. Здесь самые мудрые люди королевства: тонкие политики, дипломаты, военачальники и флотоводцы. Что-то они ответят?
– Позвольте, сэр Уильям. – Слово взял седобородый лорд Адмиралтейства. – Какая же это загадка? Всем морякам известно, что намагниченное железо направляется к северу, поскольку ему сообщается сила полярных звезд, подобно тому как за солнцем поворачивают свои головки цветы.
Придворные одобрительно закивали головами. Говорящий прав – кто не знает, что в небе имеется большой магнитный камень?.. Лейб-медик взял со стола шар, выточенный из магнетита.
– Ваше величество! Я не намереваюсь прибегать к измышлениям и утомительным умозаключениям. Мои аргументы, как вы легко можете видеть, основаны только на опыте, разуме и демонстрации. Этот шар, выточенный с немалыми расходами из магнитного камня, я назвал тереллой, что означает «маленькая Земля», «Земелька». Я подношу к ней магнитную стрелку – и вы видите?.. Джентльмены, все видят, как один конец стрелки притягивается к одному полюсу тереллы, а второй – к другому?.. Не так ли ведут себя и стрелки компасов, установленных на кораблях флота ее величества? И не значит ли это, что вся наша Земля является неким большим магнитом?..
Английская королева Елизавета I (1533–1603)
Придворные переговаривались: «Сэру Уильяму не откажешь в проницательности и ловкости в доказательствах». А Гильберт продолжал:
– Век мудрого правления вашего величества даровал человечеству неисчислимые богатства: открыт Новый Свет, изобретено книгопечатание, телескоп, компас. Эти открытия стали источниками нового могущества, открыли новые горизонты, но в то же время предложили человеческому гению и новые задачи. Как решить их? Здесь поможет только опыт…
– Доктор Гильберт совершенно прав, когда говорит об опыте! Однако опыт опыту – рознь.
Придворные и даже сама королева повернули головы на голос. Ах, это всего лишь чрезвычайный адвокат короны, нищий философ Фрэнсис Бэкон. Вечно он вмешивается, старается показать свой ум. Тем временем, заметив всеобщее внимание, Бэкон продолжил:
– Опыт есть основа науки. Но какой опыт? Разве количество бессистемно проделанных экспериментов приводит к пополнению копилки знаний? Надо не просто увеличивать количество опытов, а создать новый метод. И опираясь на него, выработать правила для произведения опытов. Только тогда они приведут к изобретению нового. А изобретение – высшая цель науки. Экспериментирование же наугад лишь вводит в заблуждение, а не просвещает людей…
Гильберт казался спокойным, хотя его руки задрожали.
– Если ваше величество позволит мне продолжить, то, возможно, я своими опытами сумею ответить сэру Фрэнсису.
Терелла Гильберта
Компас Гильберта
Придворные перешептывались. Лорд-канцлер, наклонившись к королеве, говорил ей что-то на ухо. Глаза Елизаветы блестели. Она обожала споры. Конечно, если они не затрагивали интересов короны и государства.
– Продолжайте, сэр Уильям!
Гильберт стал водить магнитной стрелкой по поверхности тереллы.
– Взгляните, ваше величество, на разном отдалении от полюсов стрелка по-разному наклоняется, изменяя свое горизонтальное положение. Это обстоятельство было замечено еще двадцать лет назад верным подданным вашего величества, мореходом и строителем компасов Робертом Норманом. Он открыл наклонение магнитной стрелки к горизонту и тем самым доказал, что точка притяжения для нее находится не на небе. – Гильберт слегка поклонился в сторону лорда Адмиралтейства (зачем наживать себе врагов при дворе!), – …а на земле.
Его слова заставили протиснуться вперед двух адмиралов. Их интересует: нельзя ли использовать способность магнитной стрелки не только для указания направления север-юг, но и для определения местонахождения корабля в открытом море?
– Наши моряки верят, что магнитную стрелку притягивают громадные железные горы, которые находятся на севере, – сказал один из них. – Мореплаватели рассказывают, что они притягивают неосторожно приблизившиеся корабли, вырывают из них гвозди, и суда разваливаются, обрекая на гибель команду…
Морская карта с линиями магнитных склонений, составленная Гильбертом
Гильберт терпелив. Он улыбнулся и напомнил об арабских сказках «Тысяча и одна ночь», где имеется подобный рассказ.
– Посмотрите, как ведет себя стрелка возле тереллы. Ее наклонение уменьшается к экватору, и, напротив, на магнитных полюсах стрелка изо всех сил стремится встать вертикально. Все дело в том, джентльмены, что наша Земля суть огромный магнит.
Затем Гильберт положил небольшие магнитные стерженьки в легкие кораблики и пустил их плавать в узкое корыто с водой. Всплескивали руками дамы, наблюдая, как навстречу устремляются суденышки со стерженьками, повернутыми друг к другу разноименными полюсами. И как расходятся те, на которых стержни смотрят друг на друга одинаковыми концами. Присутствующие были в восторге. Вот поистине сокрушающий ответ этому выскочке Бэкону. Действительно, победа очевидна. Королева улыбалась. А Гильберт продолжал:
– Если ваше величество соблаговолит согласиться с выводом, что Земля – магнит, то остается сделать один шаг до допущения, что и другие небесные тела, в особенности Луна и Солнце, наделены также магнитными силами. А коль скоро так, то не в магнетизме ли заключается причина приливов и отливов, не в нем ли и причина движения небесных тел?
Магнитная стрелка, свободно плавающая в жидкости
Вряд ли кто-нибудь из присутствовавших мог понять всю глубину высказанного Гильбертом предположения. Один лишь Бэкон готовился вновь возразить. И он непременно сделал бы это, потому что Гильберт поддерживал учение польского астронома Николая Коперника о движении Земли, а Бэкон его отрицал. Но в это время кто-то больно наступил ему на ногу, и молодой стряпчий увидел рядом побелевшие от гнева глаза дяди.
– Не могли бы вы, сэр, немного переждать со своими заключениями, которые никого не интересуют.
Лорд-канцлер снял с пальца кольцо с крупным бриллиантом.
– Прошу вас, сэр Уильям, проверьте, не пропадет ли сила вашего магнита, если положить рядом этот камень? Ведь, кажется, есть мнение, что бриллианты уничтожают притяжение?..
– Милорд, – ответил врач, – боюсь, что одного камня, даже с вашей руки, недостаточно, чтобы проверить это утверждение. А у меня таких драгоценностей нет…
Взгляды присутствующих обратились к королеве. Поколебавшись, Елизавета приказала принести несколько крупных камней из сокровищницы. Такая игра ей нравилась. Во-первых, королеве всегда доставляло удовольствие любоваться блеском своих бриллиантов. Во-вторых, она была женщиной. И это – лишняя возможность похвастаться. А в-третьих… В-третьих, было, конечно, забавно посмотреть, не уничтожат ли драгоценные камни силу магнита.
Гильберт обложил магнит семнадцатью крупными алмазами и поднес к нему другой магнит. Раздался щелчок. Оба стержня слиплись. Присутствующие захлопали в ладоши.
– Ваше величество может убедиться, что и это мнение древних оказывается ложным. Однако силой притяжения обладает не один магнит. Древние и новые писатели упоминают, что желтый янтарь, будучи натерт, притягивает солому и прочие легкие тельца. Я же обнаружил, что не только это вещество обладает притяжением. Взгляните…
Гильберт укрепил в держателе из темного дерева один из бриллиантов королевы и стал натирать его полой плаща.
– Сэр Уильям, мы надеемся, что после этого опыта камень не исчезнет и не испортится? – обеспокоилась одна из присутствующих дам.
– Случись так, это было бы великим открытием. И ее величество, как истинная покровительница наук, я уверен, ни секунды не пожалела бы о такой потере. Корона Англии не обеднеет от такой жертвы.
Притягивание магнитом железных предметов
Придворные изумились ловкости, с которой лейб-медик парировал обращенные к нему слова. А королева подумала, что ее врач не просто так напоминает о том, что научные искания стоят денег. Придется ему пожаловать какую-то сумму. Вдруг что-то и впрямь пригодится на флоте.
Гильберт тем временем уже поднес к натертому алмазу соломинку, наколотую на зубочистку. И все увидели, как под влиянием неизвестной силы соломинка тянется к камню.
– Точно так же притягивают легкие тела сапфир и рубин, опал, аметист, берилл и горный хрусталь. Даже простое стекло и непрозрачные сера и смола обладают подобной притягательной силой.
Японский и китайский компасы
Долго продолжались опыты. Гильберт забавлял присутствующих тем, что, незаметно водя магнитом под листом пергамента, поворачивал брошенные на его поверхность железные ключи и шпоры. Он заставлял танцевать обрывки бумаги, поднося к ним натертую стеклянную палочку или фигурку, выточенную из прозрачного янтаря.
– Многие тела после натирания принимают силу электрона – электризуются, – продолжил свои объяснения лейб-медик, – многие, но не все… Сколько бы мы ни терли благородный жемчуг и слоновую кость, прекрасный паросский мрамор и алебастр, они не приобретают электрической силы притяжения. Не электризуются и металлы.
– Но тогда природа магнитной силы и силы электрической должна быть различна? – Это восклицание непроизвольно вырвалось из уст Бэкона, вызвав снова ропот неудовольствия.
Гильберт задумался, но лишь для того, чтобы поточнее сформулировать ответ. Все эти вопросы тысячу раз продуманы им в тиши кабинета и за лабораторным столом.
– Сэр Фрэнсис прав. Об этом я уже писал в своей книге. Слишком много различий между проявлениями магнетизма и электричества, чтобы считать их природу единой.
Магнитная сила постоянна. Она – свойство, присущее телу, в духе великого Аристотеля. Притяжение же электрической силой создается лишь трением. Кроме того, магнит притягивает только железо. Его сила не боится ни воды, ни огня. Электрическая же сила притягивает многие вещи, но она капризна и зависит от погоды, уничтожаясь при влажности. Некоторые философы считают, что трением изгоняется из тел тончайшая жидкость, служащая для их связи. Она-то и вызывает электрическое притяжение, подобно тому, как воздух заставляет стремиться к центру Земли все тела, когда их лишают опоры!…
Королева зевнула. Ученая беседа наскучила всем. Один лишь Бэкон, казалось, готов был слушать до бесконечности. Но его глаза так часто загорались блеском еле сдерживаемого возражения, что Гильберт старался не смотреть в его сторону. Он устал от демонстраций. Не доверяя слугам, сам собрал приборы, откланялся и ушел почти незамеченным.
Поспешим вслед за ним и мы. Тем более придворные вновь увлеклись дворцовыми сплетнями, разговорами о лошадях и о собаках для травли лисиц.
Галилео Галилей (1564–1642)
«Из доказательств наилучшее – есть доказательство опытом», – напишет Бэкон несколько лет спустя. И тут же добавит: «Однако нынешние опыты бессмысленны. Экспериментаторы скитаются без пути, мало продвигаясь вперед, а если найдется серьезно отдающийся науке, то и он роется в одном каком-нибудь опыте, как Гильберт в магнетизме».
Странное высказывание для того, кто во главу угла всей новой науки требовал поставить экспериментальный метод. Впрочем, сегодня нам трудно сказать, насколько принципиальны были те побуждения, которые двигали непоследовательным Бэконом в оценке трудов лейб-медика королевы.
Совсем иначе звучит отзыв другого современника Гильберта, итальянского ученого Галилео Галилея: «Величайшей похвалы заслуживает Гильберт. за то, что он произвел такое количество новых и точных наблюдений. И тем посрамлены пустые и лживые авторы, которые пишут не только о том, чего сами не знают, но и передают все, что пришло им от невежд и глупцов».
Жаль, что сам Гильберт не узнал об этой блестящей оценке. В марте 1603 года умерла королева, а несколько месяцев спустя – и ее врач. Перед смертью Гильберт завещал все свое имущество Лондонскому обществу медиков. Однако пожар уничтожил приборы. Осталось лишь сочинение «О магните…» да имя автора на обложке.
Галилей и ученики
Много это или мало? Научные труды быстро стареют. На достижения первооткрывателей наслаиваются работы последователей, и те скоро начинают казаться невероятной архаикой. Впрочем, перелистаем желтые страницы шести книг, переплетенных в телячью кожу. Попробуем пробиться через старинную латынь и выпишем свойства магнита, сформулированные Гильбертом:
«1. Магнит в различных своих частях обладает различной притягательной силой; на полюсах эта сила наибольшая.
2. Магнит всегда имеет два полюса: северный и южный, кои весьма различны по своим свойствам.
3. Разноименные полюсы магнитов притягиваются, одноименные отталкиваются.
4. Земной шар есть большой магнит.
5. Получить магнит с одним полюсом невозможно.
6. Магнит, подвешенный на нитке, располагается всегда в пространстве таким образом, что один его конец указывает на север, а другой – на юг».
С тех пор прошло много лет. Магнетизм веществ широко применяется в науке и технике. Без знания законов магнетизма были бы невозможны ни энергетика, ни радиотехника, ни морская и космическая навигация, ни приборостроение, ни автоматика и телемеханика. Этот список можно продолжать до бесконечности, поскольку явления магнетизма важной составляющей частью вошли в саму основу нашей цивилизации.
А много ли нового о природе магнита узнали мы со времени Гильберта? Увы! Черный камень из страны магнетов по-прежнему крепко хранит в неприкосновенности свои главные тайны.
В память же о Гильберте единица разности магнитных потенциалов в Международной системе единиц (СИ) носит сегодня название «гильберт». И прав английский поэт Джон Драйден, написавший, что «Гильберт будет жить, пока магнит не перестанет притягивать».
Почему Земля – магнит?
Гильберт был уверен, что Земля состоит из магнитного камня. И ей присущи шесть свойств, сформулированных им. Для последующих веков этого объяснения стало мало. Можно составить длинный список гипотез, предложенных позже для пояснения сути наблюдаемого явления. Ученые разбирали причины земного магнетизма, не зная, по сути дела, ответа на главный вопрос: почему магнит притягивает?
Высказанные предположения можно разделить на две группы: первая – геомагнетизм имеет космическое происхождение; вторая – геомагнетизм – явление чисто земного характера. Потом, правда, появилась и третья группа гипотез, согласно которым магнетизм вообще есть универсальное свойство материи, находящейся в движении.
Когда ученые подсчитали, каким должно быть магнитное поле Земли, если оно создается полем Солнца и даже всей Галактики, то получили ничтожную величину. Поле Земли сильнее. Гипотезу космического происхождения геомагнетизма пришлось оставить.
После космоса естественно было искать причину во внутреннем строении самой Земли. Возникло несколько интересных гипотез, которые основывались на предположении о жидком состоянии земного ядра, состоящего из хорошо проводящего материала, скорее всего, из железа. В массе такого ядра неизбежны течения, разделение и движение зарядов, а следовательно, должны были возникать электрические токи, которые могли намагничивать Землю.
Одним из авторов подобной гипотезы был известный советский физик Я. И. Френкель, много сделавший в области теории магнитных явлений. Но для признания гипотез второй группы не хватало единого мнения о состоянии земного ядра. Действительно ли оно жидкое? Кое-кто из геофизиков считал его твердым.
В конце XIX века, изучая форму короны Солнца, астрофизики начали подозревать наличие магнитного поля и у нашего светила. Откуда же оно могло взяться у раскаленного газового шара?
Профессор Кембриджского университета и член Лондонского королевского общества Артур Шустер высказал вскользь идею: а не является ли магнетизм универсальным свойством всякого вращающегося тела?
Петр Николаевич Лебедев (1866–1912)
За разработку этой любопытной гипотезы взялся русский физик-экспериментатор Петр Николаевич Лебедев, работавший в Московском университете. Он придумал весьма остроумный эксперимент: заставить быстро вращаться металлическое кольцо и проверить, не станет ли оно при этом магнитом.
Кольцо в опыте Лебедева крутилось со скоростью 35 000 об/мин. Рядом стоял магнитометр, превосходящий по чувствительности все существующие приборы. Петр Николаевич предполагал, что под влиянием центробежной силы отрицательные заряды – электроны в атомах несколько сместятся. В результате поверхность тела получит некоторый отрицательный заряд, что и должно вызвать появление магнитного поля… Увы, магнитометр поля не обнаружил. Тем не менее в статье, описывающей эксперимент, русский ученый высказал весьма оптимистические надежды.
В 1947 году забытая гипотеза возродилась. Профессор Манчестерского университета Патрик Блэкетт, член Лондонского королевского общества, высказал предположение, что появление магнитного поля вокруг вращающегося тела – закон природы.
Более того, опираясь на известные данные о скорости вращения Земли, Солнца и белого карлика – звезды Е-78 из созвездия Девы – Блэкетт дал формулу, позволяющую рассчитать зависимость магнитного поля от вращения тела. В нее вошли такие константы, как скорость света и гравитационная постоянная, что наводило ученых на мысль: а не путь ли это к единой теории поля, над которой безрезультатно бились много лет теоретики во главе с Эйнштейном?
Блэкетт сам решил экспериментально проверить правильность своих предположений. «В чистом поле», то есть подальше от возможных источников посторонних магнитных полей, которые в изобилии создают промышленные предприятия, возвели «экспериментальное здание» – сарай, построенный без железных деталей. Чувствительность установленного магнитометра позволяла заметить ничтожную величину изменения магнитного поля – десятимиллиардную долю гаусса. Ночью с большими предосторожностями привезли цилиндр из чистого золота массой 20 кг. Золото – заведомо немагнитный металл. Цилиндр неподвижно установили в том же сарае. Блэкетт считал, что достаточно вращения Земли, чтобы вокруг цилиндра появилось магнитное поле. Если формула, составленная им, справедлива, то магнитометр отметит его появление. Если же не отметит, то его предположения неверны.
Смысл статьи, опубликованной ученым после эксперимента, сводился к короткому отрицанию – нет! Задуманный эксперимент опроверг гипотезу.
Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт (1897–1974)
Сначала Блэкетт собирался произвести еще один опыт с вращающимся цилиндром. Но, по его же словам, после первой неудачи охладел к самой идее. На Земле наступал космический век. Он поставил многие «старые» вопросы по-новому. При небольшом удельном весе и небольшой общей массе у Луны жидкого металлического ядра быть не может. Значит, если верна гипотеза Френкеля и других ученых, у нее не должно быть и магнитного поля… Так и оказалось. Автоматы это подтвердили. Но почему тогда межпланетные автоматические станции не сумели найти магнитного поля у Венеры? Ведь эта планета по массе и плотности сходна с Землей. По идее, у нее должно быть и жидкое ядро. Правда, Венера, в отличие от нашей планеты, летит по своей орбите вокруг Солнца, еле поворачиваясь вокруг своей оси.
Обнаружились новые факты и на Земле. В 50-х годах ХХ века ученые установили, что многие горные породы намагничивались во время их образования. При этом направление их намагниченности, естественно, совпадало с направлением геомагнитного поля. Раз возникнув, намагниченность во многих случаях с тех пор не менялась. Не значит ли это, что, определив ее для горных пород различного возраста, мы узнаем и всю историю магнитного поля нашей планеты?
Вроде бы никаких видимых противоречий в высказанном предположении нет. Правда, задача это не простая. Однако ученые – народ трудолюбивый. Они отработали методику восстановления магнитного поля Земли для прошедших геологических эпох. Собрали образцы из разных мест земного шара. Исследовали их. Обработали и обобщили результаты и.
В 1963–1968 годах магнитологи А. Кокс, Р. Доэлл и Г. Далримпл опубликовали результаты серии своих работ. В них они сопоставили намагниченность взятых из различных районов земного шара двухсот сорока образцов, возраст которых был определен. Результаты исследований оказались поразительными. Получалось, что за истекшие последние 4,5 миллиона лет (срок весьма скромный для жизни нашей Земли) планета четырежды (!) меняла полярность своего магнитного поля на противоположную. Недопустимое легкомыслие для солидного космического тела. Может быть, в исследования ученых вкралась ошибка? Ведь изменения геомагнитного поля не могут пройти бесследно для жизни всей планеты. Слишком многое с ним связано.
Потрясающее открытие было подтверждено и работами специально оборудованного судна «Гломар Челленджер», пробурившего в океанском дне множество скважин и добывшего из них колонки керна. В них тоже были обнаружены слои с нормальной и обратной намагниченностью. При этом обращение полярности происходило не скачками, в результате какого-то катаклизма, а постепенно. В течение нескольких тысячелетий геомагнитное поле убывало, а потом снова нарастало, но уже с противоположным знаком. Такие периоды бывали в истории Земли и в более древние времена. А как сейчас?
Приближенно мы и сегодня можем рассматривать магнитное поле Земли, как во времена Гильберта, в виде поля «магнитной палочки», небольшого линейного магнита, спрятанного в центре нашей планеты. Магнит этот наклонен примерно на одиннадцать градусов относительно оси вращения. Само же поле как бы состоит из двух частей: большей (от «магнитной палочки») и меньшей (зависящей, возможно, от намагниченности горных пород). Результаты измерений за сто пятьдесят лет показывают, что большая часть геомагнитного поля – дипольная – убывает. И довольно быстро – примерно на 5 % за столетие. Экстраполируя результаты, можно прийти к выводу, что через две тысячи лет магнитное поле Земли снова «опрокинется». Так что мы живем в эпоху обращения полярности.
А ведь напомним, что именно геомагнитное поле отклоняет в полярные области потоки заряженных частиц, которые выбрасывает из своих недр Солнце. Оно же образует радиационные пояса вокруг планеты. Магнитное поле участвует в работе космической и наземной радиосвязи, радионавигации. Наконец, между состоянием магнитного поля Земли и климатом, как утверждают некоторые ученые, есть весьма существенная зависимость. Что же произойдет, когда оно уменьшится до минимума, а затем станет даже обратного знака? Человечеству далеко не безразличны состояние и эволюция всей магнитосферы Земли. Весьма насущные проблемы требуют от геофизиков детального знания как количественных характеристик магнитного поля Земли, так и тенденций его изменения.
Все это хорошо! А почему все-таки Земля – магнит? Ведь именно так мы поставили вопрос в заголовке. Вопрос нелегкий. Одним из наиболее правдоподобных ответов на него может быть, пожалуй, гипотеза о динамомеханизме в жидком земном ядре.
По современным представлениям, Земля – довольно сложная система. Это вращающийся толстостенный шар, стенки которого состоят из вещества мантии, а внутренняя полость заполнена хорошо проводящей электрический ток жидкостью, в самом центре которой плавает твердое ядро.
При вращении планеты внешний слой ее жидкого пласта может несколько отставать от вращения коры и мантии, порождая внутри проводящей жидкости течения…
А теперь закройте на минутку глаза и представьте: в слабом магнитном поле, созданном геомагнитными материалами, вращается замкнутый контур из хорошего проводника. Да ведь это не что иное, как генератор – динамо. Отставая от общего вращения, проводящий слой пересекает силовые магнитные линии слабого изначального магнитного поля, и в нем возбуждается электрический ток. Но этот электрический ток обладает собственным магнитным полем, которое складывается с начальным и усиливает его. Большее магнитное поле порождает и более сильный электрический ток. Получается как бы электрогенератор с самовозбуждением.
Самое интересное, что эта гипотеза позволяет объяснить и периодическую смену полярности геомагнитного поля. Для этого электромагнитные процессы в земном ядре нужно смоделировать и представить в виде работы двух взаимодействующих дисковых динамо, в которых ток одного подпитывает магнитное поле другого и наоборот. Основания для такой аналогии есть: уравнения, описывающие механизм движения в жидком слое земного ядра, схожи с уравнениями для цепочек взаимодействующих динамо.
Магнитное поле такой системы периодически меняет свою полярность. Так что с математической точки зрения способность геомагнитного поля к «самоопрокидыванию» перестает быть загадочной. Вот только узнать бы точно, как устроено ядро Земли.
Не упрекайте автора в том, что он слишком отклонился от путешествия в прошлое и перешел к понятиям современности. Мы живем не в XVII веке и вооружены знаниями своего времени. А задача истории заключается не в простом восстановлении картины прошедших эпох, а в понимании пути прогресса, того, как дошли люди от удивления перед чудесами до того, чтобы поставить эти чудеса себе на службу и в конце концов создать себе тот электромагнитный мир, в котором мы живем сегодня.
Бургомистр Магдебурга
Следующая остановка в нашем путешествии сквозь время и пространство приходится примерно на середину XVII столетия. Город Магдебург. Не успев приехать, мы сразу понимаем, что время для посещения выбрано не лучшее. На территории Германии, раздробленной на бесчисленные княжества, догорает Тридцатилетняя война – первый, но, к сожалению, не последний общеевропейский конфликт. Разделившись на два лагеря, государства пытаются доказать свои права диктовать волю «всему христианскому миру». В едином блоке с испано-австрийскими Габсбургами, поддерживая императора (сначала Матвея, а потом подряд двух Фердинандов), выступало папство, польско-литовское государство и католические князья Германии.
В антигабсбургскую коалицию в разное время, кроме немецких протестантских князей, заинтересованных в сохранении своих земель и независимости, вступили Чехия и Дания, Голландия, Швеция, Россия, Англия и, наконец, Франция. Но основные бои разворачивались в центре Европы, где владетельные немецкие князья не могли договориться между собой. В результате в последний период войны, охватывающий 1635–1648 годы, и союзники и противники одинаково вытаптывали нивы, разоряли города. Мародеры шведско-французских войск ничем не отличались от мародеров имперско-испанских. Население разграбленных княжеств вело непрерывную и ожесточенную партизанскую войну с теми и другими.
Но военный перевес явно склонялся в сторону Франции и Швеции. Возникла даже перспектива раздела Германии между этими странами, когда в 1648 году был заключен Вестфальский мир.
Магдебург особенно пострадал в войне. После долгой осады ландскнехты Габсбургов захватили штурмом и разграбили город. Они перебили множество горожан, а потом все сожгли дотла. Но подошли войска шведского короля, и наемники отступили. Вместе со шведами возвратились на родное пепелище успевшие уехать именитые горожане, среди которых был и молодой сын местного пивовара Отто Герике.
Он много лет изучал правоведение, математику и механику в Голландии и в германских университетах, а потом служил инженером в шведских войсках. Но пришло время продолжить семейную традицию. Глазам вернувшихся открылась страшная картина полного разрушения. Но люди редко предаются отчаянию подолгу. Оставшимся в живых предстояло немало работы: нужно было прокладывать улицы среди руин, возводить новые мосты. Тут-то и пригодился инженер Отто Герике. И он с жаром принялся за работу…
Профессия инженера довольно древняя. Сначала так называли тех, кто управлял военными машинами, потом добавили к ним саперов, подрывников. В XVI веке в Голландии появились первые гражданские инженеры – специалисты по строительству дорог и мостов.
Постепенно, как сказочная птица Феникс, новый Магдебург восстал из пепла на берегу Эльбы. Но положение города оставалось непрочным. Войска то одной, то другой воюющей стороны располагались в нем на постой. А после заключения мира саксонский курфюрст вообще прислал в него постоянный гарнизон. Нелегко было горожанам содержать прожорливых солдат. И тогда у «отцов города» возникла мысль: а не послать ли молодого пивовара-инженера ко двору? Пусть попробует уговорить курфюрста отозвать гарнизон и разрешить заменить его городской милицией. Не зря же Герике, кроме механики, учился еще и правоведению.
Отто Герике (1602–1686)
Сложная миссия увенчалась успехом. Солдат вывели, жители из своих рядов избрали городскую милицию, а удачливого дипломата сделали своим бургомистром.
Единственное, что смущало горожан в Герике, так это то, что одновременно с пивоварением и многочисленными обязанностями по городу молодой бургомистр увлекался физическими экспериментами. Он вытягивал воздух насосом из бочки и стеклянной бутыли, и последняя лопалась со страшным звоном. Он велел отковать два медных полушария, снабдил их краном, сложил и тоже откачал воздух. Полушария так слиплись, что и шесть впряженных лошадей не могли оторвать половинки друг от друга. Но стоило открыть кран и впустить туда воздух, как они сами собой свободно распались.
Чудеса! Конечно, лучше бы он только варил пиво. Это для бургомистра куда как солиднее. Но поскольку научные занятия инженера не мешали городским делам и доходам, горожане смотрели на его чудачества снисходительно. А когда, показав кое-что из своих «кунштюков» при дворе курфюрста, Герике добился новых льгот для Магдебурга, люди даже стали им гордиться. Молва разнесла не только быль, но и небылицы об ученом бургомистре по всей Германии. Знатные особы специально приезжали в Магдебург, чтобы поглядеть на знаменитый барометр, установленный Герике возле своего дома. Знакомясь с физическими приборами, изобретенными пивоваром, гости не обходили вниманием и пиво, сваренное в доме бургомистра. И убеждались, что в этом деле чудак-инженер тоже остался мастером.
Воздушный насос фон Герике
Должность бургомистра и частые поездки ко двору отвлекали Герике от экспериментов. Но как истинный немец, он тщательно записывал результаты опытов, надеясь, что когда-нибудь аккуратность сослужит ему добрую службу.
Был ли Отто Герике ученым? Вряд ли. Скорее – изобретателем. Это не менее достойная категория людей, обладающих любознательностью в сочетании с желанием усовершенствовать уже имеющееся и смастерить то, чего пока нет.
Опыт фон Герике с магдебургскими полушариями
Некоторые биографы высказывали предположение, что для Герике внешний эффект был важнее проникновения в суть наблюдаемого явления. И потому тихие, неэффектные опыты с магнитами и электрической силой, добываемой трением, его не увлекали. Вряд ли это справедливо. Познакомившись с трактатом Гильберта, он задумал повторить описанные опыты, но при этом поставить их с размахом. Сделать так, чтобы слабые проявления электрической силы были заметны. Для этого прежде всего нужно научиться добывать большее количество электричества, чем это делал Гильберт, натирая зерна янтаря и серные шарики, насаженные на палочки.
И Герике задумал хитрую штуку! Со своей идеей он поспешил к мастеру-стеклодуву. Пусть мастер выдует большой стеклянный пузырь величиной не меньше чем с детскую голову. В этот пузырь он нальет расплавленную серу. И когда та охладится и застынет, разобьет стекло. Тогда у него в руках останется большой шар из серы, на котором от трения соберется конечно же больше электричества, чем добывал его врач английской королевы.
Для середины XVII века это была довольно сложная технологическая задача – изготовление большого шара из серы. Сложная и дорогая. Но немецкие мастера славились своим умением. Прошло немного времени, и шар отлили, освободили от стеклянной оболочки, отшлифовали и даже насадили на железную ось с рукояткой, чтобы удобнее было укрепить его на станине. Получилась первая в истории науки и техники машина для получения электричества трением. Ах, если бы изобретатель знал, что нет никакой надобности в сере, что стеклянный шар, натертый сухой ладонью, электризуется так же, как и сделанный из серы! Тогда опыт обошелся бы ему значительно дешевле. Но Герике этого не знал. Он лишь повторял опыты, уже описанные в книгах, и старался подметить то, чего авторы не заметили.
Наэлектризовав шар ладонью, Герике с восторгом наблюдал, как танцуют над ним пушинки, не рискуя опуститься. А те, что все-таки опускаются, отскакивают от серы прочь. Экспериментатор снимал шар со станины и преследовал пушинку, отталкивая ее и заставляя лететь в желаемом направлении. Получалось, что он управляет ее полетом… «Э! – сказал себе Герике. – Похоже, что наэлектризованное тело не только притягивает, но и отталкивает легкие тельца. Почему?»
У Гильберта о причинах отталкивания – ни слова. Ученый иезуит Афанасий Кирхер наполнил свой труд о магните баснями, вроде того, что магнит не любит чеснока и увеличивает свою силу, ежели его обернуть красной тряпкой или окунуть в горячую кровь козла. В 1639 году вышла еще одна книга – итальянского монаха-естествоиспытателя Никколо Кабео. В ней приведено немало рассуждений о причине притяжения как магнита, так и наэлектризованных тел: «Из натираемого тела начинается истечение невидимой жидкости, коя расталкивает прилегающий к телу воздух и производит в нем завихрения. Вихри эти увлекают притягиваемые легкие тельца». Ну что же, путаное, конечно, но все-таки объяснение. А вот как быть с отталкиванием?
Герике заметил, что стоит дотронуться до оттолкнувшейся от шара пушинки, как она устремляется к натертому шару и, едва коснувшись его поверхности, снова уносится прочь. В один из теплых солнечных дней такая пушинка стала преследовать нос самого экспериментатора, и, как он ни отворачивался, она коснулась его и тут же полетела снова к шару. Чудеса!
Пожалуй, до него никто не проделал столько опытов с электрическим отталкиванием. Во всяком случае, ни в одной из книг об этом не было написано. Может быть, это его открытие?!
Кроме того, он обнаружил, что электрическая сила распространяется по льняной нитке на расстояние целого локтя от серного шара. А сам шар, будучи хорошо натерт, светится в темноте слабым синеватым светом и, испуская крохотные искры, тихо потрескивает.
Опыт Герике с серным шаром
Бургомистр подвесил к потолку легкий шарик из бузины, привязанный к длинной нитке, и поднес к нему натертый серный шар. Куда бы он ни повернулся, маленький шарик всюду следовал за большим, оборотясь к нему строго одной своей стороной. «Уж не так ли и Луна управляется силами, истекающими из Земли? – подумал бургомистр. – Может быть, электрические и магнитные силы помогут объяснить строение космоса?»
Эта идея была высказана еще Гильбертом. Не отрицал и Галилей связи между суточным вращением Земли с ее столь наглядными магнитными силами. Задачу выяснить гармонию мира и построить «архитектуру Вселенной» ставил перед собой и астроном Иоганн Кеплер.
Устройство мира волновало и интересовало естествоиспытателей, астрономов и философов. Какие силы объединяют небесные тела, в чем причина непревзойденной мировой гармонии?
Конечно, если бы Герике мог сесть за стол, обдумать и описать результаты своих опытов в книге, в которой не будет ни грамма выдумки, а только то, что он видел и испытал сам… Но где там! Служба не оставляла ни минутки свободного времени.
Как-то на рейхстаге в Регенсбурге он демонстрировал свои опыты и машины перед самим императором и собравшимися курфюрстами. Удостоился похвалы. А потом Каспар Шотт описал его приборы и опыты в своей книге. Спасибо, что хоть упомянул имя Герике, а не присвоил себе славу экспериментатора, как это порой делали другие.
Между тем его собственное сочинение подвигалось вперед трудно. Никогда он не думал, что писание требует столько времени и усилий. Наконец в 1663 году Герике отдал рукопись амстердамскому издателю. Теперь оставалось только ждать. Незаметно бежало время. Он был уже не безвестным экспериментатором и не простым пивоваром. За научные заслуги император возвел его в дворянское достоинство, после чего он смог добавлять к своей фамилии приставку «фон». Вот только годы не ждали…
Ему исполнилось уже семьдесят, а его книга с прекрасным правдивым описанием опытов и великолепными рисунками, которые так дорого ему стоили, все еще не могла увидеть света.
Лишь в 1672 году вышла книга из-под пресса типографии. Герике был счастлив. Его не расстроило даже то, что в качестве гонорара пришлось довольствоваться только семьюдесятью пятью экземплярами первого тиснения да обещанием книгоиздателя прислать еще двенадцать со второго издания, коли оно будет. Бургомистр все чаще задумывался о том, сколько лет у него украли неблагодарные городские дела и политика! Он чувствовал усталость, но город и слушать не хотел о его отставке. Наконец, после неоднократных заявлений, просьбу его удовлетворили. Можно было заняться экспериментами. Любопытные горожане стали чаще видеть громоздкую фигуру своего «десятипудового бургомистра» (именно такое прозвище дали ему насмешники) в окнах домашнего кабинета. Но продолжалось это недолго.
Через два года после его отставки в Магдебурге началась чума. Новые власти делали, по его мнению, все не так, а его не слушали. Старик!.. Обидевшись, Герике покинул родной город и уехал к единственному сыну в Гамбург. И там вскоре умер в возрасте восьмидесяти четырех лет.
Книга Отто фон Герике разлетелась по многим европейским странам и побудила естествоиспытателей повторять и проверять описанные опыты. И это было прекрасно, потому что, проверяя, ученые невольно изменяли условия эксперимента и получали новые результаты, накапливали новые факты.
В Италии опыты с электрическим притяжением и отталкиванием вели члены Академии дель Чименто. В Англии Роберт Бойль, опытный экспериментатор, нашел, что все тела обнаруживают большую электрическую силу, если их перед натиранием чисто вытереть и согреть. Не оттого ли теплым солнечным днем даже нос почтенного магдебургского бургомистра принял такое живое участие в игре с пушинкой?
Титульный лист трактата фон Герике «Новые опыты в пустом пространстве»
Славу Бойля составили его пневматические эксперименты. И он решил проверить, как ведут себя наэлектризованные тела в пустоте. Оказалось, что электрическая сила не зависит от наличия воздуха. Но что же она тогда собой представляет?
Во Франции некто Пикар, изготавливая трубку для барометра, заполнил ее ртутью и перевернул, чтобы в запаянном конце осталась торричеллиева пустота. Вечером, случайно встряхнув прибор, он обнаружил слабое свечение ртути. «Живое серебро» начало светиться при встряхивании трубки. Почему?
Опыт этот породил много споров. Одни считали, что в ртути присутствует особый «меркуриальный фосфор». Другие осторожно говорили, что причиной свечения может быть электризация стеклянных стенок трубки при встряхивании ртути. К единому мнению так и не пришли. Нужны были новые опыты, новые исследования.
Как возникла Солнечная система?
Вы никогда не задумывались над этим вопросом? Кое-кому может показаться, что вроде бы неуместно в книжке, посвященной электричеству, говорить о космогонии. Но это только на первый взгляд. Главное проявление электрических и магнитных сил – в притяжении и отталкивании. А разве это не те воздействия, которые нужны для того, чтобы собрать вместе пыль и обломки вещества, летающие в космосе, закрутить их в огромную карусель, разделить на части и сформировать из главного кома звезду, а из комков поменьше – планеты? Нет, нет, не отмахивайтесь от такой идеи.
В современной космогонии отсчет времени жизни космогонической гипотезы с участием электромагнитных сил ведется обычно от 1912–1914 года. Примерно тогда известный норвежский физик Биркеланд попытался серьезно ввести в механизм образования Солнечной системы эти силы. Поскольку первоначальная туманность должна была во что бы то ни стало состоять из смеси заряженных частиц, Солнце вполне могло сыграть роль «сепаратора» и распределить бестолково летающий вокруг него рой частиц по слоям, или кольцам. Правда, тогда все планеты по своему составу должны были бы резко отличаться не только друг от друга, но и от оставшихся обломков, залетающих к нам в виде метеоритов. Между тем метеориты, падающие на Землю, почему-то имеют очень сходный с нею состав. Нет, похоже, что-то в гипотезе Биркеланда оказалось недодуманным.
Астрономы много лет спорили о том, что представляет собой Солнечная система. Дольше всех моделей продержалась схема древнегреческого астронома Птолемея, который ставил в центр мироздания Землю. Датский астроном Тихо Браге не решился сдвинуть Землю с мирового центра, но заставил некоторые планеты обращаться вокруг Солнца. И лишь польский астроном Николай Коперник проложил Земле и другим планетам путь по орбитам вокруг центрального светила.
После окончания Второй мировой войны шведский астрофизик Ханнес Альфвен развил предположения, высказанные Биркеландом в начале века. Он представил, что туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных частиц, а вот Солнце обладало сильным магнитным полем. Под действием излучения Солнца и собственных столкновений атомы ионизировались. При этом ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку. Но и в этом случае атомы более легких элементов должны были ионизироваться вблизи Солнца, а атомы тяжелых элементов – дальше. Следовательно, и ближайшие к Солнцу планеты должны состоять из наилегчайших элементов, то есть из водорода и гелия, а более отдаленные – содержать в себе железо и никель… Увы, астрономические наблюдения и космические исследования утверждают как раз обратное!
Аллегорический рисунок XVII века.
Муза астрономии Урания взвешивает мировые системы
Конечно, электромагнитные силы должны были играть роль в формировании планетной системы, но какова эта роль? Английский астроном Фред Хойл предложил новый вариант гипотезы. Сначала, как и полагалось, в недрах огромной туманности, обладавшей изначально магнитным полем, зародилась звезда – Солнце. Она быстро вращалась, и туманность становилась все более плоской, похожей на диск. Этот диск постепенно разгонялся, «забирая» движение у центрального светила и передавая его образовывающимся планетам. Солнце постепенно «притормаживалось».
Хойл считал, что момент количества движения от Солнца передавался не всем частицам туманности одинаково, а в основном газообразным, которые легче превращаются в ионы. Ученый так и писал: «Приобретая момент количества движения, планетное вещество удалялось от солнечного сгущения. Нелетучие вещества конденсировались и отставали от движущегося наружу газа. Именно с этим процессом связан тот факт, что планеты земной группы: 1) имеют малые массы; 2) почти полностью состоят из нелетучих веществ; 3) находятся во внутренней части системы».
Подобный механизм, по мнению Хойла, создавал условия для существования возле Солнца некой каменно-железной зоны, которая в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера переходила в область, где, напротив, преобладали вода и аммиак, а дальше. Дальше планеты должны были бы состоять из веществ еще более легких, чем составные части Юпитера и Сатурна. И вот тут-то получался «прокол», ибо плотность вещества Урана и Нептуна снова растет!
Нет, что и говорить, желание привлечь к образованию Солнечной системы электрические и магнитные силы вполне похвально, но доводы пока не очень убедительны. Пока следует признать, что даже частичное привлечение электрических и магнитных сил в качестве созидающих при образовании солнечного семейства надежд не оправдало. Ученым еще предстоит работать и работать.