Факты накапливаются
Открытие Гильберта показывало, где надо искать разгадку магнетизма: на Земле. Но причин этого явления оно не объясняло. Сам Гильберт предполагал, будто источником земного магнетизма служит вращение планеты. Но в таком случае откуда берется магнитное склонение? Ведь магнитная ось Земли должна совпадать с осью вращения планеты, а магнитные меридианы — с географическими. Почему же компасная стрелка обманывает мореходов, уводя в сторону от точного пути на север или на юг?
Магнитное склонение зависит от распределения суши и моря,— говорил Гильберт.— Стрелка компаса отклоняется в сторону материка, который в данный момент ближе к кораблю. Стрелку притягивает суша.
Гильберт ошибался. Тайна магнитного склонения была разгадана еще до него, но стало известно об этом из опубликованного в том же 1600 году письма знаменитого картографа Герарда Меркатора, создателя проекции карт, которая носит его имя. Это письмо, написанное в 1580 году, скрывали в архивах британского адмиралтейства вместе с отчетами экспедиций, искавших Северо-западный проход в Индию, вдоль берегов Канады. Англичане боялись, как бы их не опередили, и все материалы держали в строгом секрете.
Меркатор утверждал, будто магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими. Поэтому и возникает магнитное склонение. Стрелка компаса указывает направление на магнитный полюс. И чем ближе к нему, тем сильнее она отклоняется от географического меридиана. Только на меридиане, проходящем (с. 186) через оба полюса — и магнитный и географический, — стрелка будет указывать точно на север. Именно этот меридиан и пересек Колумб на пути в Африку.
Прошли века, пока удалось проверить гениальную догадку Меркатора и точно определить положение магнитных полюсов. А по пути к ним исследователи натолкнулись еще на несколько явлений, потребовавших объяснения. Схема земного магнетизма, казавшаяся Гильберту такой простой и понятной, все усложнялась.
Выяснилось, что магнитное склонение вовсе не остается неизменным. Профессор астрономии Геллибранд в 1634 году измерил величину склонения в Лондоне и удивился. Оно оказалось равным четырем градусам. А всего за шестьдесят лет до этого, когда такие же измерения проводил Норман, величина склонения была совсем иной: одиннадцать с четвертью градусов. Ошибки не могло получиться: пунктуальный Геллибранд повторил опыт несколько раз. Но не могли же в таком случае магнитные полюсы перемещаться с места на место?
Ученые стали сравнивать величины магнитного склонения за разные годы и подтвердили наблюдения Геллибранда. Да, склонение менялось. Такие перемены назвали магнитными вариациями. Чтобы их получше изучить, в конце XVII века отправилась в Атлантический океан специальная экспедиция во главе со знаменитым астрономом Галлеем. Он провел множество измерений величины склонения, нанося точки на карту. Точки, где склонение оказалось одинаковым, Галлей соединил изолиниями.
Так появилась первая магнитная карта. Она делала картину магнитного поля Земли наглядной, но, увы, еще более непонятной. Почему изолинии так причудливо изгибаются? Они вовсе не похожи на строгие полоски географических меридианов и почти нигде с ними не совпадают.
— Может быть, внутри Земли не один магнит, а два, наклоненных друг к другу под некоторым углом?— недоумевал Галлей. (с. 187)
А вскоре выяснилось, что склонение изменяется с каждым годом. Больше того, оно не бывает устойчивым даже в течение суток.
Моряки также заметили, что бывают дни, когда компасные стрелки словно сходят с ума. Они начинают бешено метаться по картушкам. Такие возмущения стали называть магнитными бурями.
Наблюдения все накапливались, а понять их и объяснить оказалось не так-то легко. Большую работу тут проделали русские ученые. Над тайнами магнита много размышлял М. В. Ломоносов.
Он, пожалуй, первым понял всю сложность загадки земного магнетизма. В 1759 году в «Рассуждении о большой точности морского пути» Ломоносов писал: «Итак, положим, что Земля магнит из разных великих частей разной доброты составленной, или из многих магнитов разной силы в одном сложенной, которые по своему положению и крепости сил действуют; то необходимо следует, что на ней по разности мест должно быть разное магнитной стрелки склонение».
Так Ломоносов предложил новую гипотезу происхождения земного магнетизма. Оно возникает не от вращения планеты, а просто потому, что в ее недрах много залежей магнитных руд. Они и создают магнитное поле Земли. Дальнейшее развитие науки показало, что в этом Ломоносов ошибался. Но зато оно подтвердило правильность его главной гениальной догадки: великий магнит Земли состоит из нескольких частей. И все они воздействуют друг на друга и на стрелки компасов. Вот почему такой сложной и даже противоречивой получается картина магнитного поля Земли.
Но это пока была только догадка. Сам Ломоносов предупреждал:
— Без многих и верных наблюдений каждого места общая теория о переменах магнитной силы утверждена быть не может.
И русские ученые стали собирать «многие и верные наблюдения».
Прежде всего они заинтересовались местностями, (с. 188) где компасная стрелка ведет себя неспокойно. В 1784 году П. Б. Иноходцев проводил геодезическую съемку возле Курска. Верный помощник — компас тут вдруг изменил. Он вел себя так, словно очутился на магнитном полюсе: стрелка порой вставала почти вертикально и вдобавок отклонялась на 180 градусов.
Подобные же «ненормальности» в поведении стрелки обнаружили исследователи и на Украине и на Урале. Такие места стали называть магнитными аномалиями. Это и были «добавочные» магниты, предсказанные Ломоносовым.
Во время кругосветных плаваний Крузенштерна, Лисянского и других прославленных русских мореходов велись постоянные измерения магнитной силы в самых различных уголках Земли. Зимой 1820 года шлюпы «Восток» и «Мирный», заплыв дальше всех к югу, открыли Антарктиду. Начальник экспедиции Ф. Ф. Беллинсгаузен приближенно вычислил положение южного магнитного полюса. Он был совсем рядом, возле горы Эребус, прятавшейся в снеговой мгле.
Другое важное открытие сделал астроном экспедиции Иван Михайлович Симонов. Однажды он наблюдал в телескоп пятна на Солнце, которых почему-то в тот день появилось особенно много. Симонов часто отрывался от трубы, внушавшей священное уважение всем матросам, чтобы полюбоваться игрой полярного сияния на небе. В этот день оно разыгралось тоже особенно сильно. И вдруг досадная помеха отрывает ученого от наблюдений.
— Компасы совсем взбесились,— ругается штурман.— Пожалуйте сюда, Иван Михайлович, попробуйте-ка разобраться. Стрелки пляшут как бешеные.
С компасами ничего нельзя было поделать. Видимо, бушевала магнитная буря. Симонов вернулся к телескопу. К сожалению, самое интересное ученый упустил, возясь с компасами. Пятен стало значительно меньше. И радужные полотнища сполохов в небе постепенно начали затухать. (с. 189)
Симонов бросился снова «осматривать» компасы. Они успокаивались. Стрелки, вздрагивая, вставали на прежний курс. Магнитная буря прошла. Почему три явления совпадали?— задумался астроном. Пятна на Солнце, полярное сияние, магнитная буря... Случайно ли они, происходили все в одно время? Вряд ли. Между ними есть какая-то еще неясная связь.
Уже давно поморы, земляки Ломоносова, ходившие на шнеках и ладьях далеко на север по самодельным компасам, которые уважительно называли «матками», замечали связь между магнитными бурями и сполохами на небе.
— Перед пазорями матка дурит,— говорили старики.
Теперь И. М. Симонову удалось наблюдать такое неопровержимое совпадение небесных и земных процессов. Цепочка причин и следствий тянулась все дальше — через полярные сияния к Солнцу. Значит, на магнитное поле Земли влияют не только земные причины. Некоторые из них следует искать и в космических просторах.
Симонова очень заинтересовали эти наблюдения. Вернувшись из плавания, он создал первый в России магнитный павильон при Казанском университете, профессором которого был. Ему помогал профессор физики А. Ф. Купфер, который оказался весьма энергичным организатором. Благодаря его хлопотам вскоре удалось открыть еще один павильон в Петербурге. Позднее на его базе возникла Главная физическая обсерватория.
— Россия одна содержит в себе больше пунктов, важных для теории земного магнетизма, чем вся остальная Европа,— часто говорил Купфер. Он сумел заинтересовать магнетизмом даже чиновников горного ведомства. Магнитные наблюдения стали проводить повсюду: на заводах Урала, на рудниках Сибири, в полярных экспедициях и дальних плаваниях. Работа велась поистине с русским размахом.
И. М. Симонов тем временем был погружен в сложнейшие математические вычисления. Он задумал (с. 190) навести порядок в хаосе магнитного поля Земли. Лучшим путем для этого казалась математика. Симонов попытался вывести формулы, по которым можно было бы заранее теоретически высчитать потенциал магнитного поля для любой точки земной поверхности.
Ему не удалось довести эту работу до конца. Полную математическую теорию земного магнетизма дал другой исследователь — немецкий ученый Карл Фридрих Гаусс.
Гаусс еще в детстве поражал всех своими выдающимися математическими способностями.
— Я научился считать раньше, чем говорить,— шутил он, вспоминая свое детство.
Еще в школьные годы у него возникла другая страсть. Он стал увлекаться иностранными языками, древними и современными. И тут проявились незаурядные способности. И даже шестидесятидвухлетним стариком Гаусс самостоятельно выучил, например, русский язык. Он читал в подлиннике «Бориса Годунова» и беседовал об этом с И. М. Симоновым, когда тот навестил его.
Поступая в университет, Гаусс даже колебался, какой факультет выбрать: филологический или математический. Но математика все-таки победила, и он ей отдал всю жизнь. Замечательные труды Гаусса были отмечены специальной медалью, отлитой в его честь, с лаконичной надписью: «Первому из математиков».
Гаусс не стал доискиваться причин земного магнетизма. Он просто принимал как факт, что источники его лежат внутри Земли. Потенциал магнитного поля планеты зависит от широты и долготы. Гаусс составил уравнения, которые позволяют вычислять потенциалы для любой точки земного шара.
В формулы Гаусса входят особые коэффициенты. Он вывел их из наблюдения во многих уголках Земли, изучая магнитные карты своего времени. Потом, пользуясь своими уравнениями, Гаусс рассчитал величины склонения и напряженность магнитного поля для девяносто одной точки земной поверхности (с. 191) и сверил их опять-таки по картам с данными непосредственных наблюдений. Совпадение получилось очень хорошее. Значит, теория и все формулы являются правильными. Ими можно пользоваться для расчетов.
Гениальная работа Гаусса открыла новую эпоху в изучении загадок земного магнетизма. Это была большая победа человеческой мысли. Раз мы можем предвидеть события, значит удалось понять закономерности, их вызывающие. Кроме того, ученый разработал и очень точную технику магнитных наблюдений, которой пользуются ученые до сих пор.
Но почему же все-таки возникло вокруг Земли магнитное поле? Кто намагнитил планету? Бог? Или источником магнетизма служили залежи железных руд? А может быть, чудесная сила возникает от вращения планеты, как предполагал Гильберт?
Гаусс не пытался ответить на эти вопросы.
— Я всегда не склонен, или по крайней мере стесняюсь делать предположения там, где отсутствуют основания, — осторожно говорил он.
Но вездесущая загадка сама все время напоминала о себе. Она не хотела укладываться в железные рамки математических формул.
Сколько же магнитов?
Как теперь, в итоге множества опытов и долголетних наблюдений во всех уголках планеты, представляют ученые строение великого земного магнита?
Прежде всего существует главное магнитное поле. Источник его находится внутри планеты. Но оно далеко не единственное. В некоторых местах планеты напряженность магнитного поля резко возрастает. (с. 192) Тут прячутся добавочные магниты-аномалии. Источниками магнитных аномалий служат скопления окиси железа и других металлических руд. Под воздействием главного поля рудные залежи приобрели магнитные свойства. Подобных мест оказалось так много на Земле, что их вроде даже называть аномалиями как-то неудобно. Какие это отклонения, если они распространены настолько, что становятся обычными, своего рода нормой? И это добавочное поле магнитных аномалий накладывается на основное поле.
Исследователи обнаружили и другие добавочные магниты, влияющие на главное поле. Источники их таятся над нашими головами, в верхних слоях атмосферы. Там, на высоте в сотни и тысячи километров, заряженные частицы, мчащиеся с огромными скоростями, создают электрические токи. А электрический ток порождает вокруг магнитное поле. Кроме того, в атмосферу врываются корпускулы — атомы, ионы и электроны, летящие к нам от Солнца. Они вызывают магнитные бури.
Американский физик Бауэр с помощью теории Гаусса попытался математически отделить основное магнитное поле Земли от других, создаваемых добавочными магнитами. Он вычел из действительно наблюдаемого, реального магнитного поля то, каким оно должно оказаться по формулам Гаусса, будь Земля однородно намагниченным гигантским шаром. Эта сложная и кропотливая работа увенчалась успехом. Появилась возможность сравнить «главное» и «остаточное» магнитное поля Земли, как их теперь называют. На картах, составленных Бауэром, они разделились. А потом путем таких же сложных расчетов удалось сделать и более тонкую вещь: определить величину той части магнитного поля, которая создается внешними источниками, добавочными магнитами, находящимися вне земной поверхности. Оказалось, что эта величина составляет не более одной сотой главного поля.
У каждой составной части общего поля свои особенности. Электрические токи в атмосфере связаны (с. 193) с деятельностью Солнца. Они изменяются периодически — по суткам, месяцам, по годам. Бывают колебания и с очень короткими периодами, даже измеряемые минутами и секундами. А корпускулы, врывающиеся в земную атмосферу, вызывают резкие нерегулярные колебания — магнитные бури.
Более постоянно главное поле планеты. Но и оно испытывает колебания двух видов: очень медленные, измеряющиеся десятками тысячелетий, и более быстрые, вековые вариации, как называют их ученые.
Приходится не ограничиваться расчетами по формулам Гаусса, а постоянно проводить измерения и обновлять магнитные карты. Они стареют примерно за пять лет. Поэтому на магнитных картах всегда указывается, к какому времени они относятся. И вдобавок еще каждый год обсерватории публикуют поправки с учетом наблюдаемых вариаций. Вот сколько хлопот доставляет людям сложный магнит планеты, Составленный из нескольких частей, и каждая проявляет свою силу по-своему.
Компасы выводятся из строя магнитными бурями. Нарушается связь. Зимой 1952 года ученым удалось наблюдать интересные явления. В те дни на Солнце как раз произошла гигантская вспышка. Ее можно было увидеть в телескоп. Через несколько часов во многих уголках Земли внезапно прервалась радиосвязь на коротких волнах. Английская подводная лодка из-за этого несколько дней не могла связаться с берегом. Ее уже объявили погибшей и вычеркнули из списков адмиралтейства.
А в Арктике и в Антарктиде, вблизи магнитных полюсов, компасы вообще становятся почти бесполезны.
Периодические колебания и магнитные бури можно предсказать заранее, наблюдая за солнечной активностью. Но как же ученые узнали о медленных переменах в главном поле? Ведь они измеряются десятками тысячелетий. А кто скажет, каким было магнитное поле сто веков назад? Тогда и компаса люди не знали и даже просто не умели записывать своих наблюдений. (с. 194)
Определить, какими были магнитное склонение и наклонение тысячу, миллион или миллиард лет назад, помог ученым новый остроумный метод палеомагнетизма, разработанный за последние годы. Это похоже на чудо. Но, в сущности, метод довольно несложен. Он основан на том, что железные, никелевые и другие руды сохраняют свои магнитные свойства лишь при нагревании до определенной температуры. Такая критическая «точка Кюри» для каждого вида ферромагнитных руд различна.
Оказывается, путем весьма сложных и тонких измерений можно установить, какое направление имело магнитное поле Земли в тот момент, когда железная руда или содержащая ее порода нагрелись до критической точки. Переменчивая магнитная сила в них как бы застывает навеки. И неважно, где нагрелась руда: в жерле вулкана или в печи древнего гончара, примешанная к сырой глине.
Пользуясь методом палеомагнетизма, ученые в разных странах анализировали вулканические лавы, спекшиеся от жары шлаки из печей первобытных кузнецов и черепки посуды, найденные при раскопках. Выводы получились настолько странные и необычные, что многие исследователи сначала отказывались верить самим себе.
Физики давно знали, что магнитное склонение в одном и том же месте меняется. Но точные измерения ведутся всего два-три столетия. И, казалось, эти колебания незначительны, хотя и в такой степени еще не очень понятны. А палеомагнетизм впервые позволил сравнить величину склонения и наклонения для далеких между собой эпох. И результаты оказались поразительными.
Анализ черепков из гончарных печей древнего Карфагена показал, что в 146 году до нашей эры в этой точке на берегу Африки склонение было равно 30', а наклонение 58°. Теперь же величины совсем иные: склонение 3°, наклонение 51°45´.
И колебания происходят, видимо, довольно быстро. Другие осколки посуды, на полтора века более древние, чем первые, дали такие цифры: склонение (с. 195) 1°15´, наклонение 51°. Неужели магнитное поле Земли так заметно перемещается по поверхности планеты?
Когда составили диаграмму перемен склонения и наклонения для района Парижа от времен римского владычества до наших дней, получилась странная фигура, похожая не то на неправильный круг, не то на спираль. Склонение в этой точке за две тысячи лет превратилось, оказывается, из восточного в западное, а наклонение то уменьшалось, то снова начинало возрастать, словно северный магнитный полюс порой приближался немного к Парижу...
Есть и другой способ исследовать магнитное поле Земли в далеком прошлом. В школах на уроках физики показывают простой опыт. Магнит накрывают листом белой бумаги и на нее высыпают железные опилки. Они ложатся не как попало, а вдоль силовых линий, образуя сложный узор. Так магнитное поле становится видимым простым глазом.
Точно так же, оказывается, можно увидеть и кусочек магнитного поля Земли, каким оно было, скажем, десять тысячелетий назад. Весной, когда тают льды на реках и озерах, в воду попадает немало песка и грязи. Муть оседает, образуя на дне тонкий слой глины. Каждый слой соответствует определенной весне. По таким ленточным глинам, как уже рассказывалось в «Биографии климата», удается определить «возраст» отложений очень точно: в годах.
А вместе с песчинками нередко попадают в глину крупицы руды, обладающие магнитными свойствами. Когда вода спокойна, они опускаются на дно не как попало. Крупинки руды ложатся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, словно опилки в школьном опыте. Их накрывают сверху другие породы, сохраняя для нас рисунок древнего магнитного поля.
Взаимно проверяя себя двумя этими методами, ученые попробовали по данным склонения и наклонения минувших эпох составить какую-то, пусть приблизительную, картину изменений земного магнитного поля. (с. 196)
И получалось, будто северный магнитный полюс все время странствовал по поверхности планеты, описывая сложную кривую. В начале архейской эры он находился где-то в районе нынешней долины Колорадо в Америке, потом сдвинулся к Маркизским островам. За мезозойскую эру полюс пересек весь Тихий океан и очутился у южной оконечности современной Японии. Потом через остров Сахалин и вдоль восточных берегов Азии он передвинулся в Арктику, чтобы занять, наконец, свое нынешнее положение...
Из этих исследований, если они правильны, можно сделать несколько выводов. И все они получаются потрясающими.
Перемещались ли только магнитные полюсы? А может быть, вместе с ними двигались и географические? Тогда ось вращения Земли действительно сильно меняла свой наклон, и наша планета, как предполагают некоторые палеоклиматологи, гипотезы которых приводятся в «Биографии климата», порой буквально вставала «вверх дном».
А может быть, блуждали не полюсы, а перемещались материки по отношению к силовым линиям магнитного поля? Тогда прав Вегенер: материки способны плавать, как корабли.
Как ни поразительны данные о прошлом магнитного поля Земли, новые и новые измерения доказывают правильность метода палеомагнетизма.
Во всяком случае, перемещение магнитных полюсов установлено сейчас другими измерениями. За шесть лет — с 1948 по 1954 год — северный магнитный полюс сдвинулся к северу вдоль сотого западного меридиана на градус с четвертью и приблизился к географическому полюсу почти на полтораста километров. При такой «резвости» полюс вполне мог за миллионы лет обойти весь земной шар.
Только разобравшись в том, из каких частей складывается общий магнит планеты, ученые подошли вплотную к решению главной проблемы.
Сравнительно легче оказалось разгадать тайну происхождения добавочных магнитов. Взяты на учет (с. 197) и нанесены на карты магнитные аномалии, хотя еще и не все, как показали исследования во время Международного геофизического года. Единственное в мире немагнитное советское судно «Заря», пройдя свыше 47 тысяч морских миль по океану, обнаружило несколько новых аномалий. Исследователям на «Заре» удалось также установить, что магнитный экватор был нанесен на карты не совсем правильно.
Запуск ракет в верхние слои атмосферы позволил лучше изучить переменное магнитное поле, связанное с электрическими токами на больших высотах. Но тут еще остается немало непонятного.
Особое место в программе геомагнитных исследований во время МГГ было отведено изучению электрических токов в земной коре.
Иногда «виновником» возникновения электрического тока в земле бывает сам человек. В почве возле крупных электростанций, кабелей, линий электрифицированных железных дорог приборы показывают, что здесь есть ток. Местные электрические токи появляются и независимо от человека: вследствие разницы температур отдельных слоев почвы, при выпадении осадков, наконец в результате химических реакций в земной коре.
Но в земле существуют и другие токи. Они охватывают огромные пространства суши. Приборы отмечают их одновременно в Ленинграде и Владивостоке, в Америке и Африке. Во время МГГ были случаи, когда такие токи наблюдались сразу и в Арктике и в Антарктиде. Меняясь по величине и направлению, они непрерывно текут в толще земной коры. Их и называют теллурическими, или земными, токами.
Земные токи, видимо, имеют источник вне нашей планеты. Они меняются под воздействием магнитных бурь. Судя по всему, их возбуждает поток заряженных частиц, излучаемых Солнцем и другими звездами.
Еще не так давно считалось, что такие электрические токи существуют только на суше. Но их обнаружили и в море. Как необычно это произошло, (с. 198) хочется рассказать подробнее. История эта служит хорошим примером того, какими подчас сложными и запутанными путями совершаются открытия. Она также напоминает о весьма неожиданных связях в природе.
Солнце и рыбы
Началось все так. Летом 1933 года сотрудник Всесоюзного научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии А. Т. Миронов изучал рыб Баренцева моря. Стоял нескончаемый полярный день. Время перепуталось: глянешь на часы и не сразу поймешь, полдень или полночь они показывают. Целыми сутками Миронов пропадал на морском берегу. Кроме биологии, он увлекался еще и техникой. Однажды Миронов решил узнать, как влияет на рыб электрический ток.
Ученый погрузил в воду два электрода и начал пропускать через них постоянный электрический ток. И тут произошла странная вещь: к положительному электроду — аноду — со всех сторон поплыли рыбы. Из зеленоватой морской глубины подымалась треска, меняла свой путь сельдь, с дальнего конца бухты к электроду, точно на лакомую приманку, спешила юркая, вертлявая килька.
А отрицательный электрод, наоборот, отпугивал, отгонял рыб. Заметив это, Миронов начал буквально командовать рыбами. Как зачарованные выполняли рыбы приказ человека, и отогнать их от анода не было никакой возможности. И Миронов уже представлял, как выходят в море рыболовные суда с мощными динамо-машинами и ведут за собой прямо к воротам консервных заводов целые косяки сельди, трески, кильки… (с. 199)
Опыты ловли рыб с помощью электрического тока проводились позже и на Баренцевом и на Охотском морях и давали очень хорошие результаты. Сейчас разрабатываются промышленные методы такого лова. Но это уже другая история, которая может увести нас далеко в сторону. Миронова же заинтересовало иное. Если рыба так чутко реагирует на электрический ток, думал он, нет ли в природе, в морях и океанах, подобных токов? Может быть, именно они заставляют рыбные стаи совершать далекие путешествия, до сих пор ставящие ученых в тупик?
Бывают месяцы, когда сельдь буквально заполняет все заливчики и бухты мурманского побережья. Рыбы собирается у берегов так много, что хоть руками лови. А потом она вдруг уходит за тысячи километров, и рыбачьи сети пустуют. Может быть, электрический ток этому причиной?
В июле 1935 года Миронов привез на берег Баренцева моря специальные приборы, и они сразу же обнаружили в воде электрический ток. Оказалось, что сила и плотность его меняются, как и у земных токов на суше. Перейдя работать в Морской гидрофизический институт, исследователь повторил свои опыты уже на Черном море. Ток шел и здесь, причем в том же направлении, как и в Баренцевом: с северо-востока на юго-запад.
Миронов установил, что электрический ток в морях течет непрерывно. Разность потенциалов в поверхностных слоях воды, где производились измерения, очень невелика — около 90 микровольт на километр. Но порой она вдруг возрастала в несколько раз. Вообще для электрического тока в море характерны быстрые колебания направления и плотности длительностью от нескольких секунд до нескольких минут. Эти пульсации обычно усиливаются в полдень и перед заходом Солнца.
Вычертив график колебаний тока в море день за днем, Миронов сравнил его с сообщениями рыбаков о движении косяков рыбы. И выявилась четкая связь: слабела плотность тока — и реже в этот (с. 200) район заходила рыба. Но почему менялась плотность тока?
Дальнейшие исследования прервала война. И только через десять лет Миронов нашел разгадку переменчивости электрических токов в море.
Год за годом отмечают астрономы все магнитные возмущения в атмосфере Земли.
В 1946 году Свердловская обсерватория опубликовала каталог магнитных бурь.
Перелистывая таблицы, Миронов обнаружил, что в те самые дни 1936 года, когда его приборы в Баренцевом море отмечали особенно резкие колебания токов, в атмосфере бушевали сильные магнитные бури. Так было 2 и 11 июля 1936 года. А в августе, когда магнитное поле Земли оставалось, спокойным, ток в Баренцевом море резко ослабел.
Известно, что периоды солнечной активности и связанные с нею магнитные возмущения в земной атмосфере повторяются примерно через каждые одиннадцать лет. А значит, думал Миронов, и в поведении рыб должна проявиться такая же последовательность, если движение рыбных косяков связано с электрическими токами в море, а те, в свою очередь,— с магнитными бурями и вспышками на Солнце.
Миронов начал рыться в трудах ихтиологов, изучать старые отчеты рыболовецких экспедиций, расспрашивать рыбаков.
Лучше всего, хотя и недостаточно, оказались изученными пути мурманской сельди. Из дальних районов Ледовитого океана подходит она густыми косяками к берегам Мурмана. А потом несколько лет ее здесь почти совсем не встретишь. Рыбаки и ученые запомнили годы, когда сельди ловилось особенно много: 1898—1902, 1910—1913, 1920—1921, 1931 —1935. Через каждые 10—12 лет! Значит, магнитные возмущения действительно влияют на электрический ток в море, а ток — на миграцию рыб.
Миронов узнал, что подобную же периодичность отмечали раньше ихтиологи А. Н. Державин — почти для всех промысловых рыб Каспия — и С. М. Малятский (с. 201) — для сельди у Новороссийска, хотя оба они и не смогли ее объяснить.
Так все явственнее становилась связь между поведением рыб и процессами на Солнце.
Открытием Миронова заинтересовались физики. Раньше считалось, будто в морях электрических токов нет. Но теперь пришлось пересматривать старые теории. Сила и плотность морских токов оказались даже значительно выше земных. И, конечно, они должны влиять на магнитное поле Земли. Ведь вокруг потока электронов всегда возникает магнитное поле.
В лаборатории Морского гидрофизического института Л. А. Корнева проделала опыт, внешне напоминавший эксперименты Вильяма Гильберта с «земелькой». Только теперь планету изображал глобус диаметром почти в полметра. Внутри него установили магнит, создавший маленькую копию магнитного поля Земли. Моря и океаны на глобусе сделали из листовой меди. Через них пропускался электрический ток.
Электрический ток пошел по медным морям, огибая материки. Он заставил изогнуться силовые линии основного поля. Это отмечала магнитная стрелка, которую подносили к глобусу в разных местах. Показания стрелки нанесли на карту, потом через эти точки провели сеть изолиний.
И ученые увидели точно такую же картину, какую наблюдали магнитологи в действительности. Переместились на модели и магнитные полюсы: южный оказался где-то между 70-м и 80-м градусами северной широты и 75—120-м градусами восточной долготы, а северный — между 85-м и 72-м градусами южной широты, 120-м градусом западной, 160-м градусом восточной долготы. Магнитные полюсы расположились примерно там же, где они находятся фактически; определить их положение на такой небольшой модели более точно, конечно, нельзя.
Этот опыт как будто доказывает, что магнитное поле, рожденное токами в море, должно влиять на основное магнитное поле Земли. Найден еще один добавочный магнит. (с. 202)
Но тут перед исследователями встала новая трудность: плотность токов, которую удалось намерить Миронову в море, во много раз меньше той, какая по расчетам нужна для изменения магнитного поля Земли в такой мере, как это наблюдается в природе.
Л. А. Корнева считает, что это еще не опровергает новой гипотезы. Ведь плотность тока измеряли всего-навсего в трех местах, да и то не в глубинах океана, а в прибрежной мелководной полосе окраинных морей — Баренцева и Черного. Нужно заглянуть с чуткими приборами в глубины морей и океанов.
По программе Международного геофизического года советская экспедиция на пароходе «Седов» проводила измерения морских токов в Атлантическом океане. Подробные данные пока еще не опубликованы. Но точно установлено, что эти токи, во всяком случае в Атлантике, есть на самых больших глубинах. Они пронизывают всю толщу воды. Значит, плотность и сила их могут оказаться довольно значительными.
Весьма любопытные факты добыли и советские ученые, дрейфующие на полярных льдах в Арктике. Этот район из-за его близости к магнитному полюсу вообще очень интересен для исследователей. Силовые линии земного поля тут почему-то сходятся в один толстый пучок. Это заставило ученых даже предполагать существование в Арктике еще одного магнитного полюса, к северу от Новосибирских островов. Его поспешили нанести «а некоторые карты.
Как показали новейшие исследования, никакого добавочного магнитного полюса в Арктике нет. Сгущение силовых линий в один пучок является просто магнитной аномалией, вероятно самой крупной на планете. Происхождение ее остается пока неясным. Не связано ли оно с морскими токами? Исследуя эту аномалию, советские ученые подметили, что напряженность магнитного поля во многих местах меняется в зависимости от глубины океана. (с. 203)
Мощные электрические токи открыли в океане у берегов Антарктиды советские геофизики П. Синько и С. Мансуров. Но в то же время они установили, что влияние этих токов на основное магнитное поле сказывается лишь вблизи от берега — не далее десяти километров.
— Появление этого гигантского электрического кольца связано с особенностями конфигурации, суши и моря в данном районе, с разной электропроводимостью воды и суши,— считает крупный магнитолог, доктор физико-математических наук Ю. Д. Калинин.
Проверить это помогут дальнейшие исследования. Но как ни любопытна история открытия, которое подсказали физикам рыбы, морские токи могут создавать лишь дополнительное магнитное поле. Главная задача остается еще не решенной: каково же происхождение основного поля планеты и его вековых вариаций?
Космические опыты
Гипотез для объяснения вездесущей загадки выдвигалось немало. Довольно быстро отпали те из них, которые видели главную причину в обилии магнитных руд в недрах Земли. Ведь железные, никелевые и другие руды сохраняют свои магнитные свойства лишь до определенной температуры. А в недрах планеты температура значительно выше «точки Кюри». Значит, магнитными свойствами могут обладать только залежи руд в самых верхних слоях земной коры. Эти залежи создают местные аномалии, но е основное магнитное поле. Наоборот, сами эти скопления руды приобретают (с. 204) магнитную силу именно потому, что находятся в сильном поле Земли.
Более живучей оказалась гипотеза, впервые предложенная Гильбертом. В самом деле, ведь не случайно же магнитные полюсы находятся поблизости от географических? Не показывает ли это, что основное магнитное поле возникает от вращения планеты?
Эту гипотезу поддерживали многие ученые. Ее попытался проверить в начале нашего века Петр Николаевич Лебедев. Он прославился удивительно остроумными и тонкими опытами. Например, ему впервые в истории удалось «взвесить»... солнечный луч. Лебедев путем великолепных экспериментов измерил, с какой силой давят световые лучи на твердые тела и газы. Смелость и точность его опытов потрясли весь ученый мир.
Лебедев задумал не менее трудный опыт по магнетизму, хотя внешне на первый взгляд он выглядел весьма простым. Исследователь брал небольшие модели земного шара, выполненные из ненамагниченного железа и других металлов, и долго вращал их, меняя скорость. По замыслу Лебедева от вращения должна была возникнуть магнитная сила, которую удалось бы уловить приборами. Это-то, собственно, и было самым сложным: уловить, измерить ничтожно малую силу, исходящую от моделей, таких крохотных по сравнению с планетой.
Опыты кончились неудачей. Сколько ни бился ученый, ему никак не удавалось обнаружить магнитную силу. Но Лебедев считал, что это еще не опровергает гипотезы.
— Видимо, вся беда в том,— говорил он,— что от вращения небольших моделей возникает слишком слабое магнитное поле. У нас нет приборов настолько чутких, чтобы его обнаружить. Надо продолжать опыты и совершенствовать их.
Самому Лебедеву не пришлось этого сделать. Свои опыты он проводил в трудных условиях. Его лаборатория помещалась в одном из подвалов (с. 205) Московского университета. Все приборы приходилось делать собственными руками. А вскоре ученый был вынужден покинуть и этот жалкий подвал. В знак протеста против увольнения из университета нескольких профессоров, не угодивших царскому правительству своими прогрессивными взглядами, Лебедев подал в отставку. Он пытался устроить лабораторию, наняв частную квартиру, и провести новые опыты. Ему помешала смерть.
Когда в 40-х годах нашего века некоторые наблюдения показали, что магнитные поля есть у Солнца и у других звезд, снова возник интерес к г