Вот как описывает это видный советский радиофизик Ф.И. Честнов:
«Представьте себе толпу, в которой каждый человек торопится в нужном ему направлении. Люди будут сталкиваться друг с другом почти на каждом шагу. Но вот толпа поредела, стало свободнее; теперь уже столкновение — редкий случай. Примерно то же мы будем наблюдать и в мире молекул.
Вот мы спускаемся ниже и попадаем в более плотные слои. Частицы воздуха здесь гуще, значит, столкновения происходят чаще, и рекомбинация идет быстрее. Поднимаемся выше, в разреженные слои: столкновения частиц становятся реже, а воссоединение ионов и электронов в нейтральные молекулы идет очень медленно.
Что же произойдет, если действие ионизирующего излучения в верхней атмосфере прекратится? Очевидно, электроны снова «вернутся на свои места», ионизированные частицы в конце концов станут нейтральными, а свободные заряды постепенно исчезнут, и воздух потеряет электрическую проводимость.
Если же ионизирующее излучение будет действовать постоянно и с неизменной силой, то появление новых свободных электронов уравновесит их убыль — насыщенность воздуха свободными зарядами меняться не будет».
Именно так возникают замечательные по своей красоте полярные сияния (auroras borealis — по-латыни), давшие свое название этому удивительному природному феномену. Конечно, поверхность Земли не самое лучшее место для наблюдения за полярными сияниями: во-первых, почти всегда их надо наблюдать ночью, когда не мешает солнце, во-вторых, наблюдениям могут помешать облака. Поэтому Тесла предполагал приспособить для наблюдений ионосферных вспышек свои автоматические самолеты, оснащенные фотографической аппаратурой и питаемые волнами «резонансной электроэнергии».
Вопрос об аналогии между полярными сияниями и газовым разрядом всегда волновал изобретателя, тем более что с многочисленными проявлениями его следствий он встречался на каждом шагу в своей лаборатории, насыщенной волнами электричества. Тесла догадывался, что некоторые его исследования подсказывают, что такая аналогия не ограничивается только элементарными актами генерации корпускулярного электричества (ионизации и возбуждения атомов) энергичными частицами, которые происходят и в газовом разряде, и в полярных сияниях.
В позапрошлом веке норвежский физик Бирке-ланд поставил интересный опыт. Он изготовил маленькую модель нашей Земли — шар, который можно было намагничивать. Кроме того, шар был покрыт краской, которая от ударов заряженных частиц начинала светиться.
Тесла повторил эксперимент Биркеланда на новом качественном уровне. Ученый поместил шар в сосуд с разреженным воздухом и «обстрелял» его из ионной пушки потоком заряженных частиц. Пока шар не был намагничен, летящие частицы бомбардировали всю поверхность полушария, обращенного к ионной пушке, и оно равномерно светилось. Но когда шар намагнитили, свечение появилось только у его магнитных полюсов.
Этот наглядный опыт еще раз подтвердил четкую связь между полярными сияниями и облучением потоком электрических частиц. Показал он и то, что в этом явлении как-то участвуют силы земного магнетизма. Но какие же электрически заряженные частицы могут вызывать в высоких слоях атмосферы полярные сияния, откуда они берутся?
Тесле было известно из астрономической литературы, что полярные сияния особенно часты и сильны в те годы, когда на Солнце наблюдается наибольшее число пятен. Количество их и размеры в разные годы различны. Примерно через каждые одиннадцать лет число пятен бывает наибольшим. Затем они постепенно пропадают, и в годы минимума на Солнце месяцами их почти не наблюдают. Он также знал, что ученые установили прямую связь земных сполохов с пятнами на Солнце. Отмечено, что когда большое пятно проходит центральный меридиан Солнца, на Земле через сутки-двое почти всегда начинают играть сполохи и разражается магнитная буря. Она резко ухудшает радиосвязь на коротких волнах, вносит сумятицу в работу телеграфа и телефона. Показания компаса становятся неточными.
Все это позволило изобретателю дополнить и развить свою модель атмосферного электричества на феноменологическом уровне. На основе рассуждений и интерпретации своих опытов Тесла вывел, что когда корпускулы солнечного ветра (протоны и электроны) достигают верхних, разреженных слоев атмосферы Земли, они, как и в лабораторной газоразрядной трубке, сталкиваются с частицами (атомами и молекулами) воздуха (главным образом азота и кислорода) и заставляют их светиться. Так, по модели Теслы, и возникают полярные сияния в естественных условиях. Изобретатель считал, что все это происходит где-то на высоте тысячи километров над поверхностью Земли. В своих выводах он опирался на результаты модельных экспериментов, в которых наша планета представала в виде огромного природного магнита со своим полем, настолько мощным, что оно способно отклонять потоки частиц, летящих от Солнца, к своим магнитным полюсам.
