Главная
страница 1страница 2страница 3 ... страница 52страница 53

Земля и небо



Радость видеть и понимать — есть самый прекрасный дар природы.

А. Эйнштейн
Все мы живем не только на земле, но и в космосе. Не только потому, что, по известному выражению К. А. Тимирязева, мы «дети Солнца». Влияние космических сил на нашу планету, на ее живую и неживую природу поистине всесторонне.

Только сейчас, в XX веке, наука начинает выяснять, как и в чем проявляют себя на Земле космические силы.

Наше первое путешествие — царство магнитных сил, пронизывающих всю живую природу Земли, в царство, в котором мы живем. Древнегреческий философ Аристипп после кораблекрушения был выброшен на берег острова Родос. Заметив там вычерченные геометрические фигуры на скалах, он сказал своим спутникам: «Не огорчайтесь! Я вижу следы людей». Философ — путешественник пришел к такому выводу, не только глядя на фигуры, но и обратив внимание на лежащий у скал кусок камня, который притягивал металлические предметы. Значит, не только кто-то здесь есть, но и что-то делает!

Открытый тысячелетия назад, при забытых человеческой историей обстоятельствах, «магнитный камень» сначала удивлял наших предков, потом его свойства легли в основу многих полезных приборов и выдающихся технических свершений, однако и в наши дни он таит в себе еще много загадочного, оставаясь по-прежнему объектом пристального внимания науки.



Волны незримого моря



Надо много учиться, чтобы осознать, что знаешь мало.

М. Монтень

«Величайшее чудо»

Предание рассказывает. Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашел в незнакомые места, в горы. Кругом лежали черные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно ее хватает и держит какая-то невидимая рука.

Пораженный чудесной силой камней пастух принес их в ближайший город — Магнессу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка — удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы — гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесенного с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.

По имени города чудодейственные камни были названы магнитами. Так, если верить легенде, люди впервые познакомились с одним из самых удивительных явлений природы — магнетизмом.

Природные магниты, найденные близ древней Магнессы, были, как видно, кусками магнитного железняка — железной руды, обладающей отчетливо выраженными магнитными свойствами. Вполне возможно, что в действительности магнитные свойства вещества были обнаружены совсем при иных обстоятельствах. История человеческой цивилизации, увы, перенасыщена засекреченными временем фактами и событиями — тем, что, наверное, навсегда утеряно для потомков.

Во всяком случае о магнитной диковинке знали уже тысячи лет назад. В Древней Греции и в Древнем Риме «волшебные камни» показывали на ярмарках и празднествах. Поэт и философ-материалист той эпохи Лукреций Тит Кар в своей знаменитой поэме «О природе вещей», своеобразной энциклопедии знаний древности, не забыл сказать и о магнитном феномене:


Видеть случалося мне, что прыгают в медных сосудах

Самофракийские кольца с железа опилками вместе.

Бурно бушуя, когда под сосудом камень магнитный,

Словно скорей убежать они жаждут от этого камня.


Конечно, столь редкостное, удивительное, даже пугающее свойство простого, невзрачного камня многие века казалось человеку очевидным чудом.

Чудом, за которым — как же иначе? — стояли неведомые потусторонние силы. Объясняя способность камня притягивать к себе (или отталкивать) железные вещи, более того — способность намагниченной стрелки указывать направление на север, мудрецы древности видели в ней несомненное присутствие божества.

Этот феномен представал перед людьми в мистическом тумане, в самых фантастических одеяниях — от целебного снадобья до помощника воров, проникающего якобы через любые запоры.

Летописцы Древнего Китая писали о магнитных воротах во дворце императора, через которые будто бы не мог пройти ни один недоброжелатель с оружием в руках. «Среди всех чудес мира, — читаем мы в одном средневековом трактате, — самым сокровенным, по нашему разумению, следует признать удивительные свойства магнитного камня, которые с несомненностью свидетельствуют об участии в делах природы нашего Вседержителя».

Знатоки утверждали, что магнит способен восстанавливать семейное счастье, притягивая мужа к жене, изгонять из человека душевную тоску, приворожить красавицу. Чтобы чудесные качества магнита не угасали, держать его следует в красном — подобно царской одежде из пурпура. Волшебные силы этого камня могут слабеть в ночные часы; тогда его надлежить окунуть в козью кровь… Такие представления нашли отражение в художественной литературе. В известной новелле П. Мериме «Кармен» героиня говорит задержавшему ее ефрейтору:

«— Дайте мне убежать, я вам дам кусочек бар лачи… сеньор, это магнитная руда, при помощи которой, по словам цыган, можно выделывать всякие колдовства, если уметь ею пользоваться. Натрите щепотку и дайте выпить женщине в стакане белого вина, она не сможет устоять…»

А в XVII веке в книге «О магнитах» естествоиспытатель А. Кирхер писал о том, что есть в природе магниты-растения. Чтобы читатели поверили сказанному, он подробно описывает, как выглядят такие растения. Уши и ноги у них такие же, как… у барана.

Неистощима человеческая фантазия!

Неоглядна его вера.

Гроб пророка и фокусники

Особой известностью во всем мусульманском мире пользуется легенда о парящем гробе пророка.

Основатель ислама пророк Мухаммед был захоронен в железном гробу. Легенда утверждает, что он висит в воздухе, ибо земля недостойна держать на себе столь святого человека, каким был посланник аллаха, принесший арабам новую религию. На поклонение этому чуду в аравийский город Медину до наших дней стекаются паломники мусульмане из разных стран.

Какая же сила удерживает в воздухе останки Мухаммеда? Религиозное сказание отвечает кратко: так пожелал аллах. А народные предания, не без помощи служителей бога, связали это чудо с магнитными силами. В усыпальнице пророка находится якобы особый камень, который и держит в парящем состоянии железный гроб. Яснее говоря, сила магнитного притяжения здесь должна быть такой, чтобы ее хватало приподнять гроб над полом, и было недостаточно, чтобы притянуть железный ящик с прахом к потолку, в котором запрятан магнит.

Чудо при этом не меркнет — ведь природа сил, скрытых в магнитном камне, тоже божественна. Просто аллах для исполнения своей воли выбрал магнит, а не что-то другое. Такое обстоятельство мединского чуда вполне вписывалось в представления людей. Разве не видели многие из них собственными глазами удивительную силу «божественного камня»? О его всемогуществе рассказывал даже такой естествоиспытатель древнего мира, как Плиний Старший. По словам этого ученого и писателя, в Азии, на берегах Инда, есть две магнитные горы; одна притягивает к себе все оказавшиеся поблизости железные предметы, а другая, наоборот, отталкивает их. Что же касается гробницы пророка, то ее оберегали столь бдительно, что проникнуть в тайну было равнозначно тому же чуду. Чуду человеческой ловкости. Особенно оберегался парящий гроб от глаз иноверцев — не один из них поплатился своей жизнью, пытаясь проникнуть в святая святых ислама.

Впрочем, и для правоверных их святыня была за семью печатями. Только отдельным паломникам за богатые приношения разрешалось заглянуть внутрь усыпальницы пророка через небольшое оконце. Никаких секретов оно не раскрывало — внутри виден был лишь черный занавес. Да и как иначе! Религиозное чудо перестало бы быть таковым, если бы люди могли увидеть его не закрытым поистине черным покрывалом. Стоит вспомнить, что монополию подобных чудес не без успеха оспаривали у жрецов религии профессиональные фокусники.

В XIX веке на этом поприще прославился иллюзионист Антон Гамулецкий. В 1827 году он открыл в Петербурге «Храм очарований, или Механический, физический и оптический кабинет», в котором демонстрировались различные трюки. Гамулецкий был талантливым конструктором автоматов. Посетители с восторгом и изумлением наблюдали петуха, который «совсем как живой» хлопал крыльями и кричал кукареку, механическую лающую собаку, говорящую на нескольких языках голову чародея. Но самым удивительным созданием была фигура ангела, который парил в воздухе на верхней площадке лестницы при входе в «храм». Хозяин предлагал каждому посетителю убедиться в отсутствии обмана. Ангел действительно висел между полом и потолком без всякой видимой поддержки.

Секрет этого технического чуда так и остался не разъясненным. Уже позднее конструктор парящего ангела лишь в нескольких словах сказал о принципе своего устройства: «Десять лет я трудился, чтобы найти точку и вес магнита и железа, дабы удержать ангела в воздухе».

Надо заметить, что, даже зная главное «действующее лицо» фокуса, соорудить подобное чудо в прошлом было весьма и весьма сложно. И очень просто теперь — на основе электромагнетизма.

В наши дни в любой физической лаборатории можно продемонстрировать такое чудо, давно рассекреченное наукой: у полюса электромагнита недвижно висит в воздухе металлический шарик. Вот вы его сдвинули в сторону, но уберите руку, и шарик займет свое прежнее место. Устойчивость здесь обеспечивается путем регулирования магнитного притяжения.

Механик Гамулецкий ухитрился воспроизвести такое чудо без помощи электромагнита, и это было очевидным свидетельством его выдающегося таланта. Очевидным потому, что парящего ангела могли видеть и видели все, кто побывал в «Храме очарований». Сам факт чуда, как говорится, был налицо, хотя секрет своего творения изобретатель унес в могилу. Возможно, это был всего лишь хитроумный фокус.

А в легенде о гробе Мухаммеда нет самого главного, чтобы признать ее за правду: все века гроб сокрыт от тех, кто хотел бы его лицезреть. В религиозное чудо можно только слепо верить.



Магнит в пути

По необозримым просторам пустыни идет караван. В желтой мгле утонул горизонт. Кругом куда ни глянь — безжизненные пески. Путь каравана далек и труден. Но люди уверенно продвигаются к своей цели. Их ведет небольшая полоска намагниченного железа, плавающая на пробке в воде, в глиняном сосуде, который надежно установлен в деревянной клетке между горбами белого верблюда, шагающего впереди каравана. Стороны сосуда-путеводителя раскрашены в разные цвета. Время от времени человек, сидящий впереди, бросает взор на полоску железа; она чуть вздрагивает в такт шагам животного, но неизменно показывает одним концом на красный край кувшина, другим — на черный. Красный цвет означает юг, черный — север, а два других, белый и зеленый, показывают на запад и восток.

Так, по описаниям древних хроникеров, выглядел компас у народов Азиатского материка три-четыре тысячи лет назад. Позднее, появившись в Европе, магнитный компас был усовершенствован и принял знакомый нам вид.

Огромную, поистине неоценимую роль сыграла маленькая магнитная стрелка в освоении нашей Земли. Совсем простой, нехитрый приборчик служил путеводной звездой первопроходцам планеты на всех ее морях и материках. Ни одно из выдающихся географических открытий не обошлось без магнитной стрелки.

Неведомое по своей сущности, отнесенное к надприродным явлениям, замечательное свойство магнита — указывать направление в пути — было принято человечеством без особых размышлений. Маленькое магнитное чудо стало надежным спутником великого племени путешествующих.

Практическая жизнь людей отбросила как ненужное все, что связывало магнитный камень с потусторонними силами. Осталась реальная и одновременно чудесная возможность — открывать с его помощью окружающий мир.

И когда позднее английский врач В. Гильберт, изучавший магнитные и электрические явления, открыл естественную причину поведения магнитной стрелки, путеводитель мореходов уже давно не числился по ведомству мистики.

Решающий опыт Гильберта был прост и изящен. Он выточил из куска магнитной руды миниатюрное подобие нашей планеты, поместил на этой модели маленький компас, стрелка компаса повела себя как обычно — одним концом она указывала направление на север, а другим — на юг. Вывод мог быть только один: Земля сама является огромным магнитом.

Как и всякий магнит, наша планета окружена полем магнитных сил, с которым взаимодействует поле, окружающее магнитную стрелку компаса. При этом разноименные полюса двух магнитов — большого и маленького — стремятся притянуться друг к другу. Южный полюс подвижной стрелки компаса поворачивается к Северному полюсу Земли, а ее Северный полюс — к Южному.

Говоря другими словами, стрелка компаса стремится принять положение вдоль магнитных силовых линий Земли, веерообразно расходящихся из одного полюса и вновь сходящихся в другом.

Это было замечательное открытие, поскольку до Гильберта никому и в голову не приходило объяснить поведение стрелки компаса наличием магнитных свойств у Земли. Открытие, сделанное Гильбертом, положило начало одному из самых важных, необходимых для практики разделов науки о Земле — земному магнетизму. Теперь мы знаем, что магнитные полюсы Земли не совпадают полностью с географическими. Где бы вы ни находились, стрелка компаса отклоняется от точного направления на север и юг, к западу или востоку. Угол между географическим и магнитным полюсами был назван склонением. Об этой особенности мореходы знали уже давно.

Любопытно вспомнить, как было воспринято такое поведение компаса матросами Колумба во время его первого плавания к берегам Америки. Три каравеллы X. Колумба отправились в неведомые дали на рассвете 3 августа 1492 года. Уже через месяц многие матросы желали только одного — возвращения домой. Неизведанный океан грозил гибелью. Между тем корабли покинули последний из Канарских островов; что было впереди, уже никто не знал. В корабельной книге «Санта-Марии», которой командовал Колумб, 9 сентября была сделана запись: «Адмирал принял решение отсчитывать доли пути меньшие, чем проходили в действительности, в том случае, если бы плавание оказалось длительным, чтобы людьми не овладели страх и растерянность». А через четыре дня после этого вдруг начал «шалить» компас. Вместо того, чтобы показывать на север, с небольшим смещением к востоку, магнитная стрелка отклонилась к северо-западу. Весть о необычном поведении компаса, которому моряки уже привыкли доверять, распространилась среди матросов. Почему? Уж не вмешались ли тут могущественные силы, которые, возможно, не хотят, чтобы каравеллы достигли «края земли»?! И без того возбужденные суеверные люди готовы были поднять бунт, потребовать немедленного возвращения домой. Оценив опасность, адмирал пошел на необычную меру. Таясь от команды, он передвинул картушку компаса с угловыми делениями так, что склонение стрелки снова стало обычным.



И сказка стала былью

Среди множества историй о «волшебных» свойствах магнитных камней более всего волновали воображение людей рассказы о необычайной силе этого феномена природы. Древнегреческий географ Клавдий Птолемей писал, например, что неподалеку от нынешнего острова Борнео существуют горы, «обладающие огромной силой притяжения, поэтому обшивка кораблей должна крепиться деревянными гвоздями, так как железные будут вырваны из дерева» и произойдет катастрофа. Эту легенду заимствовал Жюль Верн. Вот как он пересказал ее в своем романе «Ледяной сфинкс»:

«Паракута» теперь двигалась с изумительной быстротой. Вдруг якорь, снятый с Гальброна и положенный на носу нашей лодки, соскочил со своего места вперед и натянул канат, которым он был привязан, так что тот чуть не лопнул… Казалось, будто якорь двигался по воздуху сам по себе и тянул на буксире за собой лодку все ближе к берегу.

Боцман бросился перерезать канат, но нож, бывший у него в руках, какой-то силой был вырван, в то же время лопнул канат, и якорь и нож с огромной быстротой полетели к чудесному утесу. Все железные предметы, находившиеся в лодке, выскакивали и летели вслед за якорем.

Когда люди высадились на берег, около этого чудесного утеса, они увидели еще более необыкновенную картину: сбоку утеса, на высоте двух метров над землей, висел труп человека. За спиной его находилось на перевязи ружье, уже изъеденное ржавчиной. За это ружье магнитный утес и удерживал мертвого человека. Как видно, он не успел скинуть ружья и магнит притянул его к себе с такой огромной силой, что человек не смог оторваться от скалы и умер от голода…»

Не правда ли, впечатляющая картина?

Но возможно ли такое?

Ответ однозначен: все это не более чем чудо из сказки.

Однако действительность, как бывает не так уж редко, теперь затмила сказку. Подлинные чудеса, рожденные человеческим разумом, оказались куда более удивительными и в то же время полезными. Профессор физики X. К. Эрстед читал студентам Копенгагенского университета лекцию о тепловом действии электрического тока. Она прошла бы, как обычно, с успехом — тема лекции в те времена привлекала неизменное внимание, — если бы не вмешательство «его величества» случая. Рядом с проволочкой, которую нагревали током, оказался магнит. Как только включили ток, стрелка резко отклонилась в сторону. Один из студентов обратил на это внимание профессора. Эрстед понял всю важность факта. Электрический ток порождает магнитное поле! Это было открытие давно искомой связи магнетизма и электричества.

Так в истории науки был сделан первый шаг в область электромагнетизма, давший технике целый ряд блестящих изобретений за последние сто пятьдесят лет.

Уже буквально через несколько дней Араго и Ампер, известные физики Франции, создали новый прибор, в котором электрический ток порождал магнитное поле. Он был совсем прост. Каждый из читателей может проверить свои конструкторские способности. Изготовьте из медной проволоки спираль и пустите в нее постоянный ток от батареи; спираль будет подобна обычному магниту — вокруг нее возникает магнитное силовое поле. На одном конце спирали появится северный магнитный полюс, на другом — южный. Как и магнит, спираль притягивает железные предметы.

Включите электрический ток, и все магнитные свойства у спирали исчезают. Увеличивая или уменьшая силу тока, можно изменять силу магнитного притяжения в электромагните. Если в спираль поместить железный сердечник, то при включении тока он становится также магнитом, сила электромагнита значительно возрастает.

Уже через пять лет после открытия Эрстеда, в 1825 году английский электротехник-изобретатель У. Стерджен показал ученому миру небольшой электромагнит, весом двести граммов, который держал своими невидимыми руками груз в восемнадцать раз более тяжелый. Такой силе мог позавидовать любой природный магнит. Через пятнадцать лет Стерджен, продолжавший совершенствовать свое детище, создал электромагнит, который поднимал пятьсот пятьдесят килограммов. Сконструированный в том же году Джоулем (именем которого названа единица энергии) электромагнит поднимал груз уже весом в одну тысячу триста килограммов. А затем пошли совсем сказочные цифры. В XX столетии появились электромагниты, способные удержать в своих мощных «щупальцах» десятки тонн груза!

Чтобы яснее представить себе магнитное чудо современной техники, достаточно сказать, что они способны генерировать мгновенные магнитные поля, превосходящие земное в десятки миллионов раз. Такие сверхсильные поля позволяют исследователям проникать в самые глубинные тайны материи. Магниты-гиганты дали путевку в жизнь науке о сверхпроводимости. Они пишут сейчас новую главу в истории энергетики. Великое множество больших и малых магнитов трудится ныне на Земле и в космосе — в приборах, аппаратах, машинах — всюду, где есть техника.

С помощью электромагнита врач извлекает попавшие в глаз металлические соринки. В цеху «магнитные руки» легко переносят по воздуху многотонные заготовки металла. Без магнитов замолчат телефонная трубка, радиоприемник, телевизор… В лабораторию поступила только что изготовленная лопатка для турбины. Если в ней есть хотя бы самые ничтожные трещинки или пустоты, при работе турбины лопатка может выйти из строя. Необходима тщательная проверка.

Лопатку намагничивают при помощи сильного электрического тока и поливают керосином, смешанным с мелкими железными опилками. Если в детали имеются раковины или трещины, они будут сразу же обнаружены: железные опилки прильнут к ним и точно укажут, где находятся дефекты, каков их вид.

Низко над землей летит самолет-разведчик. На борту работает магнитный прибор, способный «видеть» под землей. Перо прибора записывает на движущейся бумажной ленте кривую линию, отмечая малейшие изменения магнитного поля участков земли, над которым пролетает самолет. Равномерно вращается небольшой барабан, на который наматывается бумажная лента, на ней тянется извивающаяся линия. Но вот перо магнитометра делает резкий скачок, один другой… На бумаге появляется ломаная, зигзагообразная линия. Значит, где-то недалеко в том районе, над которым летит самолет, находятся залежи магнитных руд… Как уже говорили, в старинных хрониках Китая писали о магнитных воротах, не пропускавших вооруженных людей. Трудно поверить (и тем более нельзя проверить) в существование столь бдительного стража. Природные магниты обладают ограниченными возможностями. Иное дело — современные магнитные приборы. Теперь во многих международных аэропортах «магнитные стражи» действительно следят за тем, не проносит ли кто с собой спрятанное под одеждой оружие. Преданья старины глубокой приписывали магнитам способность помогать ворам-взломщикам. Этот вымысел невольно вспоминаешь, знакомясь, как в наши дни магнит помогает изобличать преступников. Известно, что в поисках человека, совершившего преступление, большую помощь оказывают оставшиеся следы, в частности, отпечатки пальцев. Однако на практике часто эти отпечатки очень слабы. Криминалист В. Сорокин предложил вместо давно известного способа опыления оставленных следов цветными порошками использовать некое подобие магнитной кисти. Это небольшой магнит, полюс которого перед опознанием следов опускают в железные опилки и затем как бы раскрашивают ими исследуемую поверхность: притянутые к полюсу мельчайшие опилки металла прилипают к потожировым отпечаткам пальцев преступника и след их становится достаточно контрастным для дактилоскопического исследования.

Что же это такое?

Какова природа магнетизма? Согласитесь, что вряд ли можно удовлетвориться ответом: «Магнетизм — одно из основных свойств материи». Конечно, мы уже знаем многое об этом универсальном свойстве природы. Однако сама сущность его — ответ на главный вопрос, почему магнит притягивает, — остается все еще вопросом.

Каждый магнит имеет два полюса магнитных сил — северный и южный. Этот факт наводил на мысль, что в полюсах магнита скапливается особое «магнитное вещество», на одном конце — вещество южного магнетизма, на другом — северного. Однако совсем несложные опыты отвергают такой вывод. Если предположить, что в полюсах находится какое-то «магнитное вещество», то, разрезав магнит пополам, мы можем разделить вещество южного и северного магнетизма, получить один магнит с северным магнитным полюсом, а другой — с южным. Но сколько бы мы ни разрезали магнит, у каждой даже самой маленькой его частички снова появляются два полюса.

Заметим попутно, что многие физики не оставляют надежды обнаружить в природе или получить в эксперименте одиночный магнитный полюс — монополь. Об этом писал еще в 1931 году известный английский физик-теоретик П. А. М. Дирак. Подобно электрону — носителю электрического заряда, в природе, утверждал он, должна существовать элементарная частица магнитного заряда. В 1975 году американские физики как будто обнаружили в космических лучах след такой частицы. Дальнейшая проверка не подтвердила этого. Между тем открытие магнитного монополя несомненно стало бы сенсацией в физике. «Двухполюсность» магнетизма прослеживается и на молекулярном уровне. Каждый атом, каждая молекула по сущности — микромагнитик. Чаще всего эти элементарные диполи располагаются хаотически — северные и южные полюсы у них направлены в разные стороны, и магнитные силы этих магнитиков как бы уничтожают друг друга. Но бывает так, что все элементарные магнитики в веществе выстраиваются в относительном порядке — северные полюсы предпочтительно в одну сторону, южные — в другую. Вот тогда в пространстве, окружающем тело, и возникает магнитное силовое поле.

Перед нами — магнит. Поднесем к нему железный гвоздь. Под действием поля частицы железа, расположенные прежде беспорядочно, повернутся параллельно друг к другу, и гвоздь сам становится магнитом. Против южного полюса у него возникает северный магнитный полюс, а против северного — южный. Разноименные магнитные полюсы, как мы уже знаем, притягиваются. Вот почему железный гвоздь и притягивается магнитом. Исследования, проведенные учеными, показали, что намагничиваются все тела — твердые, жидкие и газообразные. Но у большинства веществ степень намагничивания очень невелика — их магнитные свойства можно заметить только при помощи приборов. Скажем, олово, титан, платина притягиваются к магниту, но сила их притяжения в сотни тысяч раз меньше, чем у железа или стали. В чем же секрет?

В том, что далеко не у всех веществ атомы обнаруживают свои магнитные свойства. Атом тоже сложная частица материи: вокруг центрального тяжелого ядра в нем вращаются элементарные электрические заряды — электроны.

Все составляющие атома, находясь в движении, создают вокруг себя магнитное поле, или, как говорят, обладают определенным магнитным моментом. Складываясь, отдельные поля образуют общий магнитный момент атома, который, однако, у разных атомов различен. Если у ферромагнетиков, к которым относятся железо, никель, кобальт и их сплавы, каждый атом — магнит в миниатюре, то у других веществ магнитные моменты атомов близки или почти равны нулю. Взаимодействия атомов-магнитиков в различных веществах также различны. Отсюда — разнообразие в магнитных свойствах у разных тел.

Кроме того, у ферромагнетиков независимо от внешнего магнитного поля отдельные атомы объединены в большие группы — домены — с одинаковым направлением магнитных моментов. Другими словами, в ферромагнитных веществах всегда существуют намагниченные участки. Их называют также областями самопроизвольной намагниченности. В каждой такой области — миллиарды атомов.

Пока на ферромагнетик не действует внешнее магнитное поле, он не проявляет свойств магнита — магнитные моменты доменов нейтрализуют друг друга (значительную роль тут играет тепловое движение атомов). Но зато, попав в поле внешних магнитных сил, такое вещество легко становится магнитом, причем его свойства сохраняются и тогда, когда воздействие внешнего поля снято. Это означает, что какая-то часть доменов остается ориентированной, не возвращается в хаотическое состояние.

Интересно, что в микроскоп можно воочию увидеть перестройку доменов при намагничивании: сначала беспорядок сменяется порядком, а затем, когда снимается внешнее поле, порядок снова нарушается. Можно даже услышать этот процесс. Каким образом? Поместите внутрь небольшой проволочной катушки стальной сердечник, присоедините катушку к мощному динамику, а затем поднесите к катушке магнит. Сталь ответит звуками, словно в жестяную банку падают мелкие камешки. Это перестраиваются в металле домены… Пока мы говорили о так называемых парамагнитных телах. Но кроме них есть и такие вещества, которые не притягиваются, а отталкиваются от магнита. К ним относятся, например, серебро, висмут. Это так называемые диамагнетики. В чем причина здесь? Когда мы намагничиваем железо, в нем возникают разноименные с магнитом полюсы: против северного полюса появляется всегда южный полюс. А у висмута или золота все наоборот — у северного полюса магнита возникает северный полюс, а у южного — южный. Вот почему диамагнетики и отталкиваются от магнита.

Такова в самой общей и довольно упрощенной форме «механика» магнитных взаимодействий. Как уже говорилось, во многом еще это «чудесное» свойство материи не выяснено с достаточной полнотой. И несомненно наука о магнетизме откроет в этом явлении еще немало удивительных вещей, которые — при желании! — всегда можно истолковать как чудо.

Наверное, многие из моих читателей помнят старую школьную шутку об электричестве. Профессор, экзаменуя студента первого курса, спрашивает: «Что такое электричество?» Обрадованный «легким» вопросом, парень быстро отвечает: «Ну это очень просто. Электрический ток представляет собой направленное движение электронов…» и т. д. «Завидую вам, — с легкой иронией говорит профессор, — вы единственный человек в мире, который знает, что такое электричество». Аналогичную картину можно себе представить и с магнетизмом. «Магнетизм? Ну это же так просто…»



Ключ к прошлому

Археолог бережно поднял из отвала сосуд, созданный из глины много веков назад безвестным мастером. Очистил его мягкой щеткой от остатков земли. О чем может рассказать ученому эта находка?

Об очень многом. И в том числе о магнитном поле Земли в далеком прошлом.

Не торопись спрашивать, зачем это нужно. Изучая природные процессы во времени, ученый получает в свои руки более обширные и объективные данные, а это нередко приводит к пересмотру даже фундаментальных взглядов.

Уже давно было замечено: магнитные полюсы нашей планеты далеко не постоянны. Точнее сказать, это вечные бродяги.

Вот только одно наблюдение. За шесть лет (1948–1954) северный магнитный полюс переместился почти на полтораста километров ближе к географическому полюсу. И такие смещения идут постоянно. Ученые убедились в этом, когда стали проверять местонахождение магнитных полюсов в прошлом. Помогли старинные карты, составленные по магнитным координатам. Координаты менялись. И не как-нибудь, а подчиняясь определенной закономерности. Выяснилось, что за последние пять-шесть веков магнитные полюсы планеты совершили путешествие по большому кругу, причем сейчас они завершают цикл.

Возникает вопрос: а что было тысячи и десятки тысяч лет назад? Как путешествовали магнитные полюсы Земли тогда, когда на земном шаре еще не было человека? Казалось бы, необыкновенно трудная, возможно неразрешимая задача. Но для науки рискованно устанавливать пределы ее возможностей! По существу вся история научного познания представляет собой не что иное, как бесконечный ряд побед над теми, кто ограничивал и ограничивает могущество человеческого познания. Нашелся «ключик» и к магнитному прошлому нашей планеты.

Впрочем, пора уточнить, зачем же все-таки нужно ломать нам голову над трассами магнитных «бродяг». Ответ здесь не столь труден, как кажется.

Как уже говорилось, все мы живем в магнитном поле Земли. От его состояния зависят многие и многие природные явления и процессы. Магнитное поле оказывает несомненное влияние на живые организмы (об этом мы будем говорить дальше). Поэтому знать закономерности столь всеобъемлющего явления, как магнетизм земного шара, значит суметь разобраться во множестве других, самых различных вопросов, которые связаны с магнитным полем Земли и ждут от науки ответа.

Между тем, изучая магнетизм планеты, ученые сталкиваются с целым рядом загадок. Например, многолетние наблюдения напряженности магнитного поля показывают, что в разных местах она изменяется по-разному. Особенно интенсивны такие изменения в горных районах, подверженных землетрясениям. Почему? Понятно, насколько важно найти здесь ответ. Пока же можно лишь предположить, что подобная закономерность каким-то образом связана с самой природой земного магнетизма и с намагниченностью глубинных пород Земли. В изменениях магнитной напряженности ясно просматриваются также суточные и годовые циклы. Тут объяснение лежит на поверхности. Как видно, на магнетизм Земли влияет ее вращение и наша звезда — Солнце. А почему вообще земной шар — магнит? И чем магнитное поле Земли отличается от магнетизма на других небесных телах? С какими неожиданностями могут встретиться космонавты в своих полетах? Как улучшить службу «магнитной погоды»? Наконец, какие изменения в магнитном поле Земли мы можем ожидать в будущем?

Вопросов, как видите, предостаточно. И прояснить их может путешествие в магнитное прошлое Земли.

Сквозь тьму времени

Миллионы лет назад, как и в наши дни, на Земле происходили вулканические извержения. Выброшенные из недр расплавленные породы застывали потоками лавы. А в ней-то и сохраняются интересующие нас сведения.

В магме содержатся соединения железа, способные намагничиваться. При извержении, пока лава раскалена, этого не происходит. Высокая температура, как известно, размагничивает тела. Тепловое движение атомов нарушает в металле установленный полем порядок. Но как только лава начинает остывать, соединения железа приобретают свою прежнюю способность намагничиваться. И тогда магнитное поле Земли накладывает на изверженные породы свою четкую печать: намагниченные частицы вещества располагаются уже не хаотично, а вдоль силовых линий поля.

Теперь нам остается определить направление намагниченности у образца, взятого на месте древнего извержения. Узнав это, не трудно вычислить, где находились тогда магнитные полюсы Земли. Одновременно соответствующими методами определяют, когда произошло извержение.

Такой способ расшифровки магнитной летописи планеты не единственный. «Запоминать» местонахождение магнитных полюсов могут и осадочные породы. Опускаясь на дно Мирового океана, частицы стремятся расположиться также вдоль силовых линий Земли-магнита.

Наконец, на века и тысячелетия «консервируется» магнетизм в глиняных сосудах и строительных кирпичах. Ведь глина содержит минералы, способные намагничиваться.

Правда, кирпичи далеко не железные магниты. Обнаружить их намагниченность можно лишь с помощью высокочувствительных приборов. Но такие приборы теперь уже существуют. Изучая характер намагниченности глиняных изделий тысячелетней давности, ученые с уверенностью определяют, как путешествовали магнитные полюсы Земли в прошедшие века нашей истории. Даже небольшой обломок древней амфоры, найденный при раскопках, может рассказать многое. При этом, однако, нужно твердо знать, в каком положении по отношению к сторонам света находилась амфора при ее обжиге.

Вот, например, какая удача ожидала палеомагнитологов на развалинах древнего Карфагена. Римские легионы завоевали и разрушили этот город в 146 году до н. э. При раскопках ученые обнаружили гончарные мастерские, а в печах лежали еще не вынутые глиняные горшки, — они обжигались в тот самый день, который стал для Карфагена последним.

И точная дата изготовления находки, и ее первозданное положение были вне сомнений.

К сожалению, далеко не всегда бывает так. Не раз и не два новый метод преподносил исследователям сюрпризы. Например, в одной и той же постройке прошлых веков вдруг обнаруживают кирпич различного возраста. Почему? Причина проста: древние зодчие высоко ценили этот строительный материал. Поэтому из старых, разрушившихся зданий кирпичи перекочевывали в новые, построенные порой совсем в другое время.

Случалось и так: магнитики, скрытые в древних по всем данным кирпичах, вдруг показывают чуть ли не XX век. Разгадку принесли исторические записи — оказывается, старинное здание сильно пострадало уже в недавнее время от пожара, и кирпичи перемагнитились. Все это нужно учитывать, об этом помнить, чтобы быть уверенным в выводах. Сомнение и еще раз сомнение — таков непреложный принцип ученого.

О чем же поведала магнитная летопись планеты?

Французский исследователь Э. Телье проследил поведение магнитных полюсов на протяжении сотен миллионов лет. И установил, что около полутора-двух миллиардов лет назад северный полюс магнитных сил Земли располагался в центральной части Северной Америки, где-то, если посмотреть на современную карту, в штате Колорадо. Отсюда он неуклонно перемещался в направлении Тихого океана.

Прошло около миллиарда лет, и полюс оказался посреди океана. Триста миллионов лет назад магнитный полюс достиг японских берегов, а отсюда двинулся в более высокие Щироты.

За сто пятьдесят — сто восемьдесят миллионов лет до наших дней полюс путешествовал уже в районе нынешнего Владивостока, сорок — пятьдесят миллионов лет назад достиг Ледовитого океана, а сейчас приближается к берегам Северной Америки, как бы завершая свое великое кругосветное путешествие, длящееся миллионолетия. Еще большей неожиданностью явилось другое открытие: поле Земли не только непрестанно изменяется в пространстве, оно меняет и свою полярность. Северный магнитный полюс неоднократно становился южным, а Южный — северным! И совершалось это с точки зрения геологической истории «мгновенно».

За последние пять — десять миллионов лет изменения полярности (инверсии) происходили в среднем через каждые сто шестьдесят тысяч лет. Были, однако, и такие периоды, когда поле не меняло свой знак в течение двадцати миллионов лет. И еще одно интригующее открытие сделали палеомагнитологи. Обнаружилось, что напряженность земного магнитного поля тоже не остается постоянной. Кирпичи, обожженные в XV веке, свидетельствует Телье, значительно более намагничены, чем кирпичи, изготовленные в XX веке.

Советские ученые исследовали также археологические находки, взятые в древнем Новгороде и старом Самарканде И пришли к согласию: сила магнитного поля Земли за последние столетия резко ослабевает. Расчеты показали, что если все пойдет так и дальше, то уже через четыре тысячи лет Земля размагнитится совсем! Трудно даже представить себе, что произойдет тогда на нашей планете. Сохранится ли на ней жизнь?

Столь мрачные прогнозы оказались, однако, преждевременными. Новые исследования «археологических горшков», относящихся к медному веку, дали новые результаты: три-четыре тысячи лет назад напряженность земного поля была такой же. что и сейчас.

Значит, на Земле не только путешествуют ее магнитные полюсы, само поле как бы пульсирует в веках, резко изменяя свою силу.

Исследование вековых колебаний планетного магнетизма — теперь одна из основных забот ученых. Задача их ясна: научиться предсказывать величину изменений поля с точностью, необходимой для составления магнитных карт, и, анализируя данные наблюдений, искать и искать всеобъемлющий ответ на вопрос: какова природа геомагнетизма.



Земля в щупальцах

В невидимых. Магнитных. Или, если хотите, в магнитных силках, которые повседневно и повсеместно оказывают свое влияние на различные процессы, протекающие в атмосфере и в недрах нашей родной планеты.

Все в природе — живое и неживое — пронизано магнитными силами, связано с ними нерасторжимо. Было бы противоестественно, достойно крайнего удивления, если бы эти силы не диктовали Земле свои условия. В бездонной глубине темного небосвода вспыхивают, переливаясь яркими огнями, завораживая красками, полярные сполохи. Нередко они охватывают полнеба. С незапамятных времен это, пожалуй, самое величественное природное явление числилось в сонме потусторонних.

Когда в 1242 году на льду Чудского озера произошло знаменитое сражение воинов Александра Невского с рыцарями Тевтонского ордена, над ними горело холодными огнями небо. Как это восприняли современники? «Се же слышах от самовидца, — записал летописец, — и рече ми, яко видех полк божий на въздусе, пришедше на помощь Александрови и мнози видеша вернии полки Божиа, помогающи Александру».

Полярное сияние — вотчина магнитных сил. Уже давно установлено: они часты и сильны в годы, когда наше дневное светило переживает подъем своей активности. Заметить его не трудно: на сияющем диске Солнца в такие годы резко увеличивается количество пятен — тех самых, о которых говорит всем известная поговорка: «И на солнце бывают пятна!» Отдельные группы пятен порой достигают колоссальных размеров. В 1947 году одна из таких групп занимала площадь около пятнадцати миллиардов квадратных километров. В подобных образованиях могла бы бесследно исчезнуть сотня земных шаров. В периоды активности — особенно заметны одиннадцатилетние циклы — Солнце как бы выходит из спокойного состояния, проявляя свое возмущение хромосферными вспышками и выбросами огромных масс раскаленных газов — протуберанцев.

Каждая вспышка — это клубок быстро меняющихся процессов, происходящих в небольшой области солнечной атмосферы. За несколько минут резко усиливается поток видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучений, выбрасываются частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света (космические лучи), происходит выброс значительной массы плазмы, движущейся с меньшей, но тоже очень большой скоростью — около тысячи пятисот километров в секунду.

Мощные потоки солнечных частиц и порожденные ими электромагнитные поля, достигнув Земли, бомбардируют ее газовую оболочку. Тогда и наблюдают люди «игру небесных сил».

Скрытый механизм этой игры непрост; и сейчас еще исследователи не разобрались в его тонкостях. Науке еще предстоит объяснить такие детали, как цвет и структура полярных сияний. Это многоликое блистающее природное явление столь же загадочно, сколь и красиво! По заведомо упрощенной схеме процесс выглядит так: солнечные потоки (Заметим попутно, что поток солнечных частиц — «солнечный ветер» — не прерывается никогда ), достигая атмосферы, воздействуют на частицы газов, входящих в состав воздуха. Под ударами солнечных корпускул атомы газов приходят в возбужденное состояние и начинают излучать свет.

Непременным участником этого красочного действия является магнитное земное поле. Встречая в высоте электрически заряженные корпускулы, оно отклоняет их к полюсам. В этих областях и наблюдаются небесные сполохи.

Однако солнечное возмущение вызывает не только полярные сияния. Частицы, летящие к Земле, проникают глубоко в ее атмосферу и ионизируют воздух. Кроме того, под действием излучения в атмосфере возникают сильные кратковременные электрические токи. Они порождают недолговечные магнитные поля, а те, в свою очередь, вмешиваются в дела земные. Начинают танцевать стрелки компасов. Выходит из строя радиотелефонная связь. Горят предохранители и трансформаторы.

Как сообщает телеграфное агентство Рейтер, ученые астрофизической обсерватории в Шотландии наблюдали гигантские протуберанцы на Солнце, которые вызовут помехи в радарных системах и радиопередачах. Всплеск солнечной активности должен был достигнуть верхних слоев атмосферы Земли в ночь с субботы 17 июня на воскресенье 18 июня 1989 года. Английские специалисты считают, что прогноз ученых шотландской обсерватории оправдался. Помехи в радиопередачах наблюдали многие приемно-трансляционные станции и корабли морского флота. А некоторые радарные установки давали сигналы с перебоями. Тремя месяцами раньше, в марте 1989 года, подобное явление вызвало повреждения электросетей в Канаде, а жители Великобритании имели редкую возможность наблюдать северное сияние.

Над планетой бушует магнитная буря. Незримая и неслышная, она спускает с цепи самые неистовые силы Земли. Многолетние наблюдения свидетельствуют: когда в атмосфере разражаются магнитные бури, на Земле они порой оборачиваются ураганами и наводнениями, извержениями вулканов, землетрясениями.

Магнитное поле Земли и климат. И здесь в последнее время обнаруживается заметная связь. Чехословацкие и американские геофизики провели сравнение, как менялись климатические условия и магнитное поле с 1925 по 1970 год. Выяснилась четкая закономерность: за все эти годы в Северном полушарии росла напряженность магнитного поля и соответственно повышалась среднегодовая температура.

В Южном полушарии Земли происходило обратное — одновременно снижались магнитная напряженность и температура.

Интересен и такой факт: с 1640 по 1710 году на Солнце почти полностью отсутствовали пятна. И на Земле повсеместно стояли суровые зимы.

Среднегодовая температура на всем земном шаре в этот малый ледниковый период упала на целый градус. Снижение на пять градусов могло бы привести к новому ледниковому периоду.

Связь климата с «магнитными щупальцами» видится и дальше. Изучение морских отложений показывает, в частности, что изменения климата и магнитного поля идут рука об руку уже полмиллиона лет. Отдельными штрихами рисуется и картина будущего. Некоторыми учеными высказано предположение, что с изменениями магнитного поля, его направленности, меняется характер планетных движений воздушных масс. Если это так, то будущее принесет нам весьма ощутимые перемены. Поскольку магнитный полюс смещается к западу, то следует ожидать и западного «дрейфа» атмосферных потоков. А это значит, что на Европу надвигается климат, который сейчас господствует в Азии.



<< предыдущая страница   следующая страница >>
Смотрите также:
Владимир Андреевич Мезенцев Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 2
6739.83kb.
53 стр.
Владимир Андреевич Мезенцев Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 1
6417.53kb.
29 стр.
Гегель Г. В. Ф. Энциклопедия философских наук. Том Философия дух
5584.13kb.
26 стр.
Решетников Федір Павлович // уре. К., 1963. Т. 12
26.82kb.
1 стр.
Успенский Владимир Андреевич Апология математики, или о математике как части духовной культуры
1079.99kb.
9 стр.
Попов Владимир Андреевич 05. 08. 1985 г
30.99kb.
1 стр.
Владимир Львов-Соловьев Артур Мезенцев со временем современников становится больше…
35.79kb.
1 стр.
Борис Дмитриевич Карвасарский Психотерапевтическая энциклопедия (2-е издание, 2000 г.) «Психотерапевтическая энциклопедия»
21657.06kb.
117 стр.
Популярная и танцевальная музыка
630.59kb.
5 стр.
Электронная библиотека
935.91kb.
9 стр.
Терминология карста
4678.41kb.
16 стр.
Николай Андреевич Римский-Корсаков
86.06kb.
1 стр.