М. Неккер, описавший большое количество сияний, которые он наблюдал в конце 1839 и в начале 1840 года на острове Скай, сам никогда не слышал упомянутого шума; но он отмечает, что этот шум очень часто слышали лица, ответственные за метеорологические наблюдения на маяке Свенбург-Хед, на южной оконечности Шетландских островов. М. Неккер — не единственный наблюдатель, который не слышал этого шума; не слышали его и ММ. Лоттен и Браве, наблюдавшие такое огромное количество сияний; и многие другие находятся в таком же положении. Это может быть связано с тем, что необходимо находиться очень близко к сиянию, чтобы услышать упомянутое потрескивание, а также с тем, что возможно, оно не всегда происходит, по крайней мере, достаточно мощно, чтобы быть услышанным.
Мы только что указали в качестве сопутствующих эффектов северного сияния шум потрескивания, аналогичный отдаленным разрядам, и сернистый запах, подобный тому, который сопровождает удар молнии. М. Маттеуччи также наблюдал в Пизе во время появления яркого северного сияния явные признаки положительного электричества в воздухе; но из всех явлений те, которые неизменно происходят одновременно с появлением северного сияния, — это магнитные эффекты. Намагниченные стрелки претерпевают возмущения в своем нормальном направлении, которые заставляют их отклоняться, как правило, сначала на запад, затем на восток. Эти возмущения варьируются по интенсивности, но они никогда не перестают происходить и проявляются даже в тех местах, где северное сияние невидимо. Это совпадение, доказанное М. Араго без всякого исключения в течение нескольких лет наблюдений, таково, что ученый француз мог, ни разу не ошибившись, обнаружить из подвалов Парижской обсерватории появление северного сияния. М. Маттеуччи имел возможность наблюдать это магнитное влияние в новой и примечательной форме. Он видел во время появления северного сияния 17 ноября 1848 года, как якоря из мягкого железа, используемые в электрическом телеграфе между Флоренцией и Пизой, оставались притянутыми к своим электромагнитам, как если бы последние были сильно намагничены, без того, однако, чтобы аппарат был в действии и без того, чтобы токи в батарее были приведены в действие. Этот странный эффект прекращается вместе с сиянием, и телеграф, так же как и батареи, мог работать снова, не претерпев никаких изменений. Мистер Хайтон также наблюдал в Англии очень решительное действие северного сияния 17 ноября 1848 года. Намагниченная стрелка всегда отклонялась в одну и ту же сторону, даже с большой силой. Но именно в нашей стране действие сияния на телеграфные провода было наиболее примечательным.
Мое внимание впервые было привлечено в 1847 году к вероятности того, что сияние оказывает эффект на провода; но, хотя у меня была отличная возможность наблюдать такой эффект, мне не посчастливилось сделать это до зимы 1850 года, и тогда, из-за слабых проявлений сияния, лишь в ограниченной степени. Однако в сентябре 1851 года произошло примечательное сияние, которое полностью завладело всеми телеграфными линиями в Новой Англии и препятствовало ведению каких-либо дел во время его продолжения. Следующей зимой произошло еще одно примечательное проявление, которое случилось 19 февраля 1852 года. Оно было чрезвычайно ярким на всей северной части нашего континента. Я извлекаю следующее описание его воздействия на провода из своего журнала того времени. Я должен предварить, что система телеграфирования, использовавшаяся на проводах во время наблюдения в феврале 1852 года, была химической системой Бэйна. На линии не держали постоянно батареи, как в системе Морзе и других магнитных системах. Главный провод был соединен непосредственно с химически обработанной бумагой на диске, так что любые атмосферные токи записывались на диске с величайшей точностью. Наш обычный ток батареи, разлагая соли в бумаге и соединяясь с железным острием провода пера, оставлял светло-синюю отметку на белой бумаге, или, если ток был сильным, темную — цвет отметки зависел от количества тока на проводе.
"Thursday, February 19, 1852.
«К вечеру на бумаге появилась тяжелая синяя линия, которая постепенно увеличивалась в размере в течение полуминуты, когда за синей линией последовало пламя огня, достаточно интенсивное, чтобы прожечь дюжину слоев увлажненной бумаги. Затем ток стих так же постепенно, как и появился, пока полностью не прекратился, и за ним последовал отрицательный ток (который обесцвечивает бумагу вместо того, чтобы окрашивать ее). Он постепенно увеличивался, таким же образом, как и положительный ток, пока также, в свою очередь, не произвел свое пламя огня и не прожег много слоев подготовленной бумаги; затем он стих, чтобы снова смениться положительным током. Такое положение дел продолжалось весь вечер и эффективно препятствовало ведению каких-либо дел по проводам».
* * * * *
Никогда, однако, с момента установления телеграфной системы в этой стране провода не подвергались такому сильному воздействию сияния, как в воскресенье вечером, 28 августа 1859 года. На всей северной части Соединенных Штатов и Канады линии были сделаны бесполезными для всех деловых целей из-за его действия. Атмосфера была настолько сильно заряжена электрическим флюидом, что линии или цепи длиной всего двенадцать миль были настолько серьезно затронуты им, что работа стала затруднительной, а временами и невозможной.
Эффекты этого магнитного шторма были заметны на проводах в течение значительной части субботнего вечера и в течение всего следующего дня. В 6 часов вечера линию между Бостоном и Нью-Бедфордом (длиной шестьдесят миль) можно было использовать только с перерывами, хотя, конечно, в этот час никаких признаков сияния не было видно глазу. То же самое было верно для проводов, идущих на восток через штат Мэн, а также тех, что шли на север.
На проводе между Бостоном и Фолл-Ривер в воскресенье не было батареи, и все же на нем был искусственный ток, который увеличивался и уменьшался по интенсивности, производя на электромагнитах в офисах тот же эффект, который был бы произведен постоянным размыканием и замыканием цепи с интервалами в полминуты. Этот ток, который исходил от сияния, был достаточно сильным, чтобы работать на линии, хотя и недостаточно устойчивым для регулярного использования.
Ток от северного сияния приходит волнами — сначала слабый, затем сильнее, пока мы часто не получаем силу тока, равную той, что производится батареей из двухсот чашек Гроува. Волны занимают обычно около пятнадцати секунд каждая, но я знал случаи, когда они длились целую минуту; хотя это редкость. Как только проходит одна волна, за ней всегда следует другая, обратной полярности. Я никогда не знал, чтобы это не срабатывало, и это можно считать неизменным правилом. Когда полюса сияния находятся в унисоне с полюсами тока на линии, его эффект заключается в увеличении тока; но когда они противоположны, ток от батареи нейтрализуется — равен нулю. Эти эффекты наблюдались временами в субботу, субботним вечером и в воскресенье, но были очень заметны в воскресенье вечером.
Едва ли нужно добавлять здесь, что эффект северного сияния, или магнитного шторма, совершенно не похож на эффект обычного или свободного электричества, которым атмосфера заряжена во время грозы. Электричество, выделяемое во время грозы, как только оно достигает проводника, взрывается искрой и сразу же рассеивается. Другое, напротив, имеет очень низкое напряжение, остается на проводах иногда полминуты, производит магнетизм, разлагает химические вещества, отклоняет стрелку и может быть использовано для телеграфных целей, хотя, конечно, несовершенно.
Мистер О. С. Вуд, суперинтендант канадских телеграфных линий, говорит: «Я никогда за свой пятнадцатилетний опыт работы на телеграфных линиях не видел ничего подобного необычайному эффекту северного сияния между Квебеком и Фазер-Пойнтом прошлой ночью. Линия была в самом идеальном порядке, и высококвалифицированные операторы работали непрерывно с восьми часов вчерашнего вечера до часа ночи сегодня, чтобы передать, хотя бы в терпимо понятной форме, около четырехсот слов отчета парохода «Индиан» для прессы; но в последний час провода были настолько полностью под влиянием северного сияния, что оказалось совершенно невозможным общаться между телеграфными станциями, и линия была закрыта на ночь».
Мы видели из предыдущих примеров, что северное сияние производит примечательные эффекты на телеграфных линиях во время всего своего проявления. Мы, однако, должны записать еще более удивительные эффекты сияния на проводах, а именно: использование тока сияния для передачи и приема телеграфных депеш. Этот почти невероятный подвиг был совершен до полудня 2 сентября, между часами половины девятого и одиннадцатью, на проводах Американской телеграфной компании между Бостоном и Портлендом, и на проводах компании Олд-Колони и Фолл-Ривер Рейлроуд между Южным Брейнтри и Фолл-Ривер.
Влияние сияния наблюдалось на всех линиях, выходящих из офиса в Бостоне, в час начала работы (восемь часов утра), и оно продолжалось настолько сильно до половины девятого, что препятствовало ведению каких-либо дел; обычный ток на проводах временами нейтрализовался магнетизмом сияния, а в другое время настолько увеличивался, что делал операции невыполнимыми. В этот момент было предложено отключить батареи, а провода просто соединить с землей.
Уместно заметить здесь, что поскольку ток от сияния приходит волнами большей или меньшей интенсивности, бывают времена, как во время приближения волны, так и во время ее отступления, когда инструменты способны работать; но время, варьирующееся в зависимости от быстроты вибраций полос сияния, составляет всего от четверти минуты до одной минуты по продолжительности. Поэтому любые дела, которые ведутся по проводам во время этих проявлений, должны быть выполнены в короткие интервалы продолжительностью от четверти до половины минуты.
Во время одного из этих интервалов бостонский оператор сказал оператору в Портленде:
«Пожалуйста, отключите вашу батарею, и давайте посмотрим, не сможем ли мы работать только с током сияния».
Портлендский оператор ответил:
«Я сделаю это. Вы сделаете то же самое?»
«Я уже сделал это, — был ответ. — Мы работаем с помощью одного только сияния. Как вы принимаете мою запись?»
«Очень хорошо, — отвечает оператор в Портленде, — гораздо лучше, чем когда батареи были включены; ток более устойчив и надежен. Предположим, мы продолжим работать так, пока сияние не утихнет?»
«Согласен, — ответил бостонский оператор. — Вы готовы к работе?»
«Да; продолжайте», — был ответ.
Затем бостонский оператор начал отправлять частные депеши, что он смог сделать гораздо более удовлетворительно, чем когда батареи были включены, хотя, конечно, не так хорошо, как он мог бы сделать со своими собственными батареями без небесной помощи.
Линия работала таким образом более двух часов, когда, после того как сияние утихло, батареи были снова включены. В то время как это примечательное явление происходило на проводах между Бостоном и Портлендом, оператор в Южном Брейнтри сообщил мне, что он работал на проводе между этой станцией и Фолл-Ривер — расстояние около сорока миль — с током только от сияния. Он продолжал делать это некоторое время, линия работала сравнительно хорошо. С тех пор я посетил Фолл-Ривер и получил следующий отчет от умного оператора в железнодорожном офисе в этом месте. Офис на станции находится примерно в полумиле от обычного офиса в деревне. Батарея хранится в последнем месте, но оператор на станции снабжен переключателем, с помощью которого он может по желанию отключить батарею от линии и соединить провод с землей. Батарея на другом конце линии находится в Бостоне; но оператор в Южном Брейнтри снабжен аналогичным переключателем, который позволяет ему по желанию обходиться без ее использования. Промежуточных батарей нет; следовательно, если оператор в Фолл-Ривер соединит свой конец провода с землей, а оператор в Южном Брейнтри сделает то же самое, линия остается без батареи и, конечно, без электрического тока. Таково было состояние линии 2 сентября прошлого года, когда более часа они поддерживали связь по проводу с помощью одних только небесных батарей.
Это кажется почти слишком удивительным, чтобы в это поверить, и все же доказательство неоспоримо. Однако, поскольку установлен факт, что токи от северного сияния действительно оказывают прямое воздействие на телеграфные провода и что токи бывают обоих видов, положительные и отрицательные — как я показал в своих замечаниях о сиянии 1852 года, которое иногда оставляло темную линию на подготовленной бумаге, а в другое время обесцвечивало ее, — естественным следствием является то, что провода должны работать лучше без батарей, чем с ними, всякий раз, когда ток от сияния имеет достаточную интенсивность, чтобы нейтрализовать ток от батарей.
Я попытаюсь прояснить этот момент. Не имеет значения при работе с системой Морзе или любой другой системой магнитного телеграфа, имеем ли мы положительный или отрицательный полюс на линии; но, в какую бы сторону мы ни указывали, одно и то же направление должно сохраняться со всеми дополнительными батареями, которые мы ставим на линию. Теперь, если мы поставим батарею на линию в Бостоне, скажем, из двадцати пяти элементов, и направим положительный полюс на восток, а такое же количество элементов в Портленде, направив положительный полюс на запад, ток будет равен нулю, то есть каждый нейтрализует другой. Теперь сияние, представляя свой положительный полюс, скажем, увеличивает ток на линии сверх силы, которую может контролировать пружина держателя магнита, и таким образом препятствует работе линии, переполняя ее электрическим током; пока, вскоре, волна не отступит и за ней не последует отрицательный ток, который нейтрализует ток батареи и препятствует работе линии из-за нехватки мощности. Поэтому ясно, что если батареи будут сняты, положительный ток сияния не сможет увеличить, а отрицательный — уменьшить рабочее состояние линии в той же степени, как когда батареи подключены; но что, какой бы полюс ни был представлен, магнетизм может быть использован оператором для обычных обязанностей линии.
В Спрингфилде джентльмен, наблюдавший за стрелкой компаса во время проявления сияния 28 августа, заметил, что она отклонялась сначала на запад, а затем на восток, пока волны сияния были в движении. Электротипные пластины в офисе «Республиканца» в этом месте были настолько серьезно затронуты сиянием, что с них нельзя было печатать во время продолжения явления.
Северное сияние 28 августа было поразительно ярким не только в северной части этого континента, но и так далеко на юге, как экватор, а также на Кубе, Ямайке, в Калифорнии и большей части Европы. Лондонские газеты от 29-го числа содержат восторженные описания его. Калифорнийский журнал пишет: «В течение последних десяти лет северное сияние никогда не наблюдалось в Калифорнии, за исключением очень редких случаев, и тогда свет был очень слабым или едва заметным; но 28-го числа прошлого месяца оно появилось в удивительном великолепии — вся северная часть неба была ярко-малиновой; и то же самое явление, с равным величием, повторилось в ночь на первое число текущего месяца».
На Ямайке северное сияние наблюдалось, возможно, впервые со времени открытия этого острова Колумбом. Настолько редким является это явление в тех широтах, что его приняли за отблеск пожара и связали с недавними беспорядками.
Мистер Э. Б. Эллиот из Бостона в интересной статье о недавнем сиянии указывает на одновременность проявления сияния 19 февраля 1852 года с извержением Мауна-Лоа — крупнейшего вулкана в мире, расположенного на Гавайях (один из группы Сандвичевых островов) — 20 февраля; по каковому случаю склон горы обрушился примерно на две трети расстояния от основания, дав проход великолепному потоку лавы, глубиной пятьсот футов и шириной семьсот.
Снова, 17 декабря 1857 года, между часами одного и четырех утра, произошло сияние необычайного великолепия. Первый пароход, прибывший из Европы после этой даты, привез следующие сведения, которые взяты из одной из газет того дня: «Землетрясение произошло в ночь на 17-е число по всему Неаполитанскому королевству, но его эффекты были наиболее суровыми в городах Салерно, Потенца и Нола. В Салерно стены домов были разорваны сверху донизу. Многочисленные деревни были наполовину разрушены».
Были ли эти совпадения необычайных сияний с необычайными потрясениями в физическом состоянии нашего земного шара просто случайными? Или эти явления обусловлены общей причиной? Последнее предположение не является невероятным, но вопрос может быть полностью решен только дальнейшими наблюдениями.
Мистер Мериам, «мудрец из Бруклина», как называют его ежедневные газеты, считает сияние результатом землетрясений или вулканических извержений. Он также говорит: «Свет сияния иногда состоит из нитей, как шелковая основа ткани; они иногда ломаются и падают на землю, и обладают изысканной мягкостью и серебристым блеском, и я называю их продуктами небесного шелководства. Однажды я получил небольшой кусочек, который сохранил».
Справедливо по отношению к мистеру Мериаму, так же как и к научному миру, сказать, что он одинок в своих убеждениях относительно сияния, как в отношении причины, так и эффекта этого явления.
Проиллюстрировав таким образом эффекты сияния, давайте теперь вернемся к обсуждению его причин.
Тесная и постоянная связь между явлениями северного сияния и земным магнетизмом привела Гумбольдта к тому, чтобы классифицировать под заголовком «Магнитные штормы» все возмущения в равновесии магнитных сил Земли. Наличие таких штормов указывается колебаниями намагниченной стрелки, возмущением токов на телеграфных проводах и появлением сияния, предвестниками которого, так сказать, являются эти колебания и возмущения, и которое само кладет конец шторму — как в электрических штормах явление молнии возвещает, что электрическое равновесие, временно нарушенное, теперь восстановлено.
Атмосфера постоянно заряжена положительным электричеством — электричеством, поставляемым парами, которые поднимаются с моря, особенно в тропических регионах, — и, с другой стороны, Земля электризована отрицательно. Рекомпозиция или нейтрализация двух противоположных электричеств атмосферы и земного шара осуществляется посредством влаги, которой более или менее заряжены нижние слои воздуха. Но это особенно в полярных регионах, где вечный лед, который там царит, постоянно конденсирует водные пары в форме дымки, что эта рекомпозиция должна осуществляться; тем более, что положительные пары переносятся туда и накапливаются тропическим течением, которое, отправляясь из экваториальных регионов, где оно занимает самые возвышенные области атмосферы, опускается по мере продвижения к более высоким широтам, пока не приходит в контакт с Землей в окрестностях полюсов. Именно там, следовательно, главным образом, равновесие между положительным электричеством паров и отрицательным электричеством Земли должно быть достигнуто посредством разряда, который, будучи достаточной интенсивности, будет сопровождаться светом, если, как это почти всегда бывает вблизи полюсов и иногда в более высоких частях атмосферы, он происходит среди тех чрезвычайно малых ледяных частиц, которые составляют дымки и очень возвышенные облака.