«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.
Совершенно справедливы и выводы Теслы о том, что ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути заряженной частицы, когда ее энергия уже невелика. С этим и связаны резкая нижняя и размытая верхняя границы полярных сияний. Ученый этого не знал, но уверенно предполагал наличие подобной связи. Согласно этой модели, когда направление межпланетного магнитного поля становится противоположным направлению геомагнитного поля на дневной стороне, начинается процесс так называемого пересоединения. При сближении противоположно направленных силовых линий магнитное поле обращается в нуль, образуя из замкнутой геомагнитной линии и свободной линии межпланетного поля две открытые силовые линии, которые одним концом начинаются на Земле в полярной шапке, а другим — уходят в межпланетное пространство.
