Космическая погода Почему лампочки накаливания не мигают? Шифр полиалфавитной замены Туймаада-2018 - 06, 2018
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
№06, 2018
Космическая погода
Почему лампочки накаливания
не мигают?
Шифр полиалфавитной замены
Туймаада-2018
Дорогие наши читатели!
Если вы держите в руках журнал «Потенциал», значит, вы
интересуетесь естественными и точными науками – физикой,
математикой, информатикой. Мы рады видеть среди наших читателей
старшеклассников и учителей, а также тех, кому небезразлично
качество образования в России.
С момента образования журнала «Потенциал» в 2005 году
существенно расширился коллектив
наших авторов, увеличилось число
читателей, появилось много постоянных
подписчиков. И наверное, вы заметили, что
с января 2011 года название журнала стало
более длинным: «Потенциал.Математика.
Физика. Информатика». А всё потому, что
теперь появился новый журнал –
«Потенциал. Химия.Биология. Медицина».
Мы растём и развиваемся, растёт и число
предметов, которыми мы стремимся увлечь
наших читателей. Журнал тесно
сотрудничает с такими вузами, как МГУ,
МФТИ, МИФИ, МИСиС и многими другими.
Мы также стремимся наладить обратную связь с нашими
основными читателями – школьниками и учителями. Отрадно, что нам
есть для кого писать статьи, и мы всегда готовы учесть ваши
пожелания по наполнению журнала интересными и актуальными
материалами. Пишите нам свои отзывы.
Приглашаем к сотрудничеству учителей средних школ, работников
вузов и научных учреждений. Станьте авторами нашего журнала,
участвуйте в создании его уникального облика.
Вся переписка с редакцией осуществляется по адресу: 109544,
г. Москва, ул. Рабочая, 84, редакция журнала «Потенциал». Тел.:
8(495) 768-25-48, e-mail: editor@potential.org.ru.
Всю дополнительную информацию о журнале, а также
рекомендации для авторов вы найдёте на нашем сайте
www.potential.org.ru
Июнь № 06 2018
Сквозь время
2 Алексей Алексеевич Абрикосов – автор теории
сверхпроводников II рода. А.В. Чеботарёва
9 Эрнст Вернер Сименс. Б.Л. Дружинин
Загадочный мир
17 Космическая погода: что это такое?
А.В.Чеботарёва
Математика Редакторы С.Б. Гашков, А.В. Жукоцкий,
26 Активно используем графики элементарных С.И. Колесникова, А.А. Лукьянов, А.В. Михалёв,
А.П. Огнев, Т.С. Пиголкина, И.Н. Сергеев,
функций. Часть II. С.И. Колесникова В.П. Слободянин, М.В. Федотов
Ответственный секретарь А.В. Буланов
Физика
35 Почему лампочки накаливания не мигают?
А.А. Лукьянов Редактор М.С. Стригунова
Вёрстка Н.Е. Неноглядкина
Информатика
41 Шифр полиалфавитной замены. Р.В. Душкин
49 «Муравей Лэнгтона» на школьном
алгоритмическом языке. К.С. Ткаченко
Олимпиады
56 XXV Международная олимпиада школьников
«Туймаада». 2018 год. Физика E-mail: editor@potential.org.ru
Сайт:
63 XXII Международный Турнир «Компьютерная Подписано в печать 10.09.2018
Отпечатано в типографии «Азбука-2000».
физика и математика-2018»
.
Книжная полка Тираж 2000 экз. Заказ № 349.
Учредитель ,
69 Жадные алгоритмы. Задачи .
Нам пишут
72 Музыка нулей, единиц и других закорючек.
Часть I. Пишем звук! Д.А. Урюпин
Калейдоскоп
80 Для полётов в дальний космос
Издание охраняется Законом Российской Федерации об авторском праве.
Перепечатка текстов и иллюстраций только с письменного согласия редакции.
2 Сквозь время
Алексей Алексеевич
Абрикосов ±
автор теории
сверхпроводников II рода
(1928 ±2017)
А.А. Абрикосов
А.А. Абрикосов
Так связан, съединён от века
Союзом кровного родства
Разумный гений человека
С творящей силой естества…
Ф.И. Тютчев
Хотя замечательный физикRтеоретик академик Алексей АлексеR
евич Абрикосов был нашим современником (он умер совсем недавно ±
20 марта прошлого года), нельзя сказать, что он широко у нас извеR
стен. Видимо потому, что не принадлежал к категории учёных, часто
выступающих в средствах массовой информации. К тому же свои поR
следние 16 лет он жил и работал в США. Однако в научных кругах он
пользовался большим авторитетом, причём в разных областях физиR
ки (теорий твёрдого тела, плазмы, сверхпроводимости и др.), так как
обогатил их новыми идеями и понятиями. В 2003 году его вклад в
науку был отмечен Нобелевской премией. В этом году отмечается его
90Rлетие, дожить до которого ему не дал обширный инфаркт.
Семейные корни
Поколения Абрикосовых, предR ский»). Его родители ± знаменитые
шествующие появлению на свет буR врачиRпатологоанатомы (отец, АлекR
дущего физика, имели довольно сей Иванович Абрикосов, был акадеR
знатных представителей своего рода. миком Академии наук СССР и МедиR
Среди них значатся богатые купцы, цинской академии). Сын родился у
общественные деятели, благотвориR них 25 июня 1928 года и получил, веR
тели… Дед Алексея Алексеевича роятно, неплохую наследственность.
был, например, совладельцем кондиR Во всяком случае, подрастая, он проR
терского концерна «ФабрикоRторR являл незаурядные интеллектуальR
говое товарищество А. И. Абрикосова ные способности: легко и быстро
и сыновей» (ныне концерн «БабаевR усваивал премудрости окружающего
Потенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 3
МГУ. И здесь вскоре случилось собыR
тие, которое оказалось для него судьR
боносным, ± он попал в поле зрения
Льва Давидовича Ландау (создавшего
и возглавлявшего научную школу фиR
зиковRтеоретиков), которого, поRвидиR
мому, заинтересовали знания и сообраR
зительность нового студента, и он приR
гласил его побеседовать.
По воспоминаниям жены Ландау,
однажды в их квартире раздался
звонок ± к Льву Давидовичу пришёл
мальчик. К её удивлению, их беседа
продолжалась более двух часов.
Алексей Абрикосов в юности А после неё Ландау вышел возбужR
денным и радостным. Она спросила:
мира и школьного обучения. ТрудноR ± Что это за мальчик?
стей постижения математики и фиR ± Это не мальчик, а студент перR
зики у него не возникало. Более того, вого курса. Невероятно талантлиR
они входили в число наиболее интеR вый! ± воскликнул Ландау.
ресных ему предметов. После этого «собеседования»
Окончив школу, Алексей поступил Алексей Абрикосов стал кандидатом
на физикоRматематический факультет в школу Ландау.
Научная школа Ландау
Что же вообще подразумевается
под названием «научная школа»? Эти
слова означают обучение не в какойR
либо официальной образовательной
структуре (гимназии, институте и
пр.), а свободное посещение молодыR
ми исследователями таких занятий,
как доклады о новых вопросах науки,
семинары, обсуждения научных соR
общений и т.д., которые проводятся
под руководством учёногоRлидера,
высококомпетентного в той или иной
науке (в частности, в физике), польR
зующегося высоким авторитетом и
склонного быть учителем учёных,
только начинающих исследовательR
скую работу.
Ландау был таким лидером в теоR
ретической физике, и научную шкоR
лу он создал для физиковRтеоретиR
ков. У него сложилось твёрдое Лев Давидович Ландау
Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
44 Сквозь время
убеждение в том, что физики, пристуR теоретическим исследованиям физиR
пающие к серьёзной и сложной работе ческих проблем и организации своей
теоретика, должны для её успешности деятельности. Выделяя впоследствии
владеть некоторыми «базовыми» знаR характерные черты личности своего
ниями и умениями. Он назвал их «теоR учителя, он показал, какие ценные
ретическим минимумом» и сам опреR качества учёного воспитывала его
делил его содержание, уделив особое школа. Прежде всего широту интереR
внимание высшей математике. сов, ясность и непредубеждённость
Чтобы войти в круг учеников мыслей, способность правильно выR
Ландау и стать членом его школы, надо делять из нагромождения фактов и
было сдать экзамен по «теорминимуR гипотез сущность, важную для расR
му», задававший планку, без преодоR сматриваемого физического явления,
ления которой трудно было рассчитыR чёткость постановки задачи исследоR
вать на творческие достижения. И мноR вания, стремление к максимальному
гие молодые физики стремились его упрощению способа её решения и др.
сдать, но удавалось это не всем. ЭкзаR Вероятно, это и помогло ему полуR
мен был легендарно труден: требоваR чить важные результаты во многих
лось свободное владение математичеR выполненных им работах.
ским аппаратом для решения сложных
задач и глубокое знание разных раздеR
лов физики, например общей и специR
альной теорий относительности, статиR
ческой физики, квантовой механики.
Подготовка к нему часто растягивалась
на несколько лет, так как нужно было
пройти 9 этапов ± два экзамена по маR
тематике и семь по физике. Принимал
их Ландау или его помощники из числа
уже сдавших теоретический минимум.
(Труднее всего было сдать экзамены
Ландау ± самому «въедливому» экзаR
менатору.)
Алексей Абрикосов сдал теормиR
нимум лично Ландау, будучи ещё
студентом! В 19 лет! И получил таR
ким образом право быть учеником
школы Ландау.
В 1948 году он окончил с отличием А.А. Абрикосов за работой
физикоRматематический факультет
МГУ и стал аспирантом Ландау. РабоR По официальной «научной лестниR
тая под его руководством в Институте це» Абрикосов поднимался довольно
физических проблем, он защитил в быстро. Защитив в 27 лет докторскую
1951 году кандидатскую диссертацию, диссертацию, он стал одним из ведуR
а в 1955 году ± докторскую диссертаR щих теоретиков Института физичеR
цию по квантовой электродинамике. ских проблем. В 1964 году его избрали
Впереди была Большая Наука! членомRкорреспондентом Академии
Обучение в школе Ландау во мноR наук СССР, в 1987 году ± академиком.
гом определило подход Абрикосова к В разные периоды научной деятельноR
Потенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 5
сти он возглавлял теоретический отдел вых электродинамических процессов
того или иного академического инстиR при высоких энергиях.
тута, позже руководил (был директоR Исследовал свойства сильно сжаR
ром) Институтом теоретической физиR того вещества и вывел уравнение соR
ки им. Л. Д. Ландау, Институтом стали стояния водорода при сверхвысоком
и сплавов, а в 1988 ± 1991 годы ИнстиR давлении с переходом из молекулярR
тутом физики высоких давлений. КаR ной в атомарную фазу.
кие же научные заслуги составляли Изучал электронные и другие
«ступеньки» этой лестницы? свойства металлов, а результатом
Даже краткий перечень основных работы в Институте стали и сплавов
достижений Абрикосова впечатляет. было создание книг «Физические осR
Уже в 1952 году он выдвинул интеR новы металловедения», «Введение в
ресную идею о существовании сверхR теорию нормальных металлов», «ОсR
проводников с особыми свойствами ± новы теории металлов».
сверхпроводников II рода, отличаюR Выяснил особенности магнитных
щихся от обычных (I рода), тогда как свойств сверхпроводников и влияние
только что (в 1950 году) появилась на них магнитных примесей, что имеR
теория известных сверхпроводников. ло большое значение для достижения
В 1954 году рассчитал функции главного успеха ± создания теории
Грина (функции, позволяющие найти сверхпроводников II рода, о сущеR
решения задач в виде определённых ствовании которых Абрикосов догаR
интегралов) для различных квантоR дался ещё при первых шагах в науке.
«Твёрдый орешек»
Как известно, явление сверхпроR каждого из них температура перехода
водимости было открыто в 1911 году в сверхпроводящее состояние), устаR
и поразило учёных своей странноR новлено влияние на них внешнего магR
стью. Оно возникало при очень низR нитного поля, накоплены сведения о
ких температурах, близких к абсоR разных факторах, изменяющих свойR
лютному нулю: электрическое сопроR ства сверхпроводников…
тивление некоторых металлов вдруг Однако свести всё известное к
резко падало, т.е. проводимость элекR единому истолкованию, обобщить в
тричества внезапно возрастала (поR теории, объясняющей природу и осоR
этому их и назвали сверхпроводниR бенности сверхпроводимости, долго
ками). Почему это происходило? Что не удавалось даже выдающимся учёR
влияет на появление сверхпроводиR ным. Как говорил академик В. Л. ГинR
мости? Каковы условия переходов в збург, «по сути дела до середины 50Rх
сверхпроводящее состояние и обратR годов сверхпроводимость оставалась
но к обычной проводимости? загадочным явлением». Твёрдым окаR
На выяснение этих и других вопроR зался этот «орешек»!
сов потребовались несколько десятиR Только в 1950 году Л. Д. Ландау и
летий и труд большого числа исследоR В. Л. Гинзбург создали первую неR
вателей. Были измерены характериR противоречивую теорию сверхпровоR
стики множества сверхпроводящих димости. Она была ценна тем, что
веществ (определена, например, для наиболее просто давала общее предR
Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
66 Сквозь время
ставление о закономерности появлеR
ния сверхпроводящего состояния веR
щества и необычного поведения
сверхпроводников.
Эта теория стала для Абрикосова
тем фундаментом, на который опираR
лось его исследование сверхпроводиR
мости. Используя её, он доказал реальR
ность существования сверхпроводниR
ков II рода и построил их теорию. ЛюR
бопытно замечание В.Л. Гинзбурга по
этому поводу: «Возможность сущеR
ствования сверхпроводников II рода
мы фактически просмотрели». СозданR
ная же Абрикосовым теория оказалась
самым ярким примером применения
Виталий Лазаревич Гинзбург теории Гинзбурга±Ландау.
О теории сверхпроводников II рода
Особенно наглядно различие ческим, так как при этом значении
сверхпроводников I и II рода проявR магнитной индукции сверхпроводиR
ляется в их поведении в сильном мость исчезает, сопротивление проR
внешнем магнитном поле. В слабом водника становится обычным.
поле они ведут себя одинаково: не В сильном же магнитном поле у
«пропускают» его внутрь, выталкиR некоторых сверхпроводников (они и
вают. (Это явление названо по имени относятся к II роду) разрушение
открывшего его учёного «эффектом сверхпроводимости происходит
Мейснера».) При усилении магнитноR сложнее: эффект Мейснера наступаR
го поля эффект Мейснера действует ет у них не резко, а постепенно. ПроR
до тех пор, пока индукция магнитного никновение магнитного поля внутрь
поля не достигнет определённого для проводника наблюдается при значеR
данного сверхпроводящего вещества ниях магнитной индукции в интерваR
значения Вк , именуемого критиR ле от несколько меньшей, чем Вк , до
В т , гораздо её большей (рис. 1).
Вк В В к1 Вк В
а б
Рис. 1. Зависимость сверхпроводимости от внешнего магнитного поля:
а – сверхпроводник I рода, б – II рода
Потенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 7
В этом интервале значений индукR
ции магнитного поля сверхпроводник
находится в промежуточном состоянии
(физики называют его смешанным),
для которого характерно образование в
веществе отдельных участков ± с
обычной сверхпроводимостью (I рода)
и необычной (II рода), что сопровождаR
ется возникновением границ между
ними. Но такое расслоение (появление
границ раздела) требует затрат энерR
гии, вследствие чего поверхностная
энергия сверхпроводников II рода стаR
новится отрицательной.
Придя к этому выводу, Абрикосов Рис. 2. Решётка из пересечённых
произвёл детальный расчёт структуR квантовых вихрей Абрикосова
ры смешанного состояния и показал
энергетическую выгодность образоR Соответствующая этому индукR
вания в образце сверхпроводника ция магнитного поля Вт может в деR
тонких нормальных (обычных проR
сятки раз превышать её критическое
водников) областей и зарождение их
значение В к . Поэтому сверхпроводR
в виде нитей, пронизывающих обраR
зец. Эти нитевидные образования ники II рода сохраняют сверхпровоR
описываются в его теории как кванR димость лучше, чем I рода, и могут
товые вихри. (Их стали называть использоваться для применения в
вихрями Абрикосова ± это важное очень сильных магнитных полях.
звено его теории.) СверхпроводиR В настоящее время это их качеR
мость сохраняется между нитями, а ство оказалось весьма ценным для
внутри них устанавливается норR учёных и инженеров, создающих ноR
мальная проводимость. вые технические устройства. А когда
Современные экспериментальные Абрикосов начинал разработку теоR
методы подтверждают структуру рии сверхпроводников II рода, считаR
смешанного состояния, соответствуR лось, что больших перспектив она не
ющую теории Абрикосова. Они позR откроет, так как обладающие неR
воляют увидеть и сфотографировать обычной проводимостью материалы
на поверхности сечения образца, слишком экзотичны.
находящего в смешанном состоянии, Однако со временем представлеR
решётку, состоящую из ячеек (рис.2), ние об их экзотичности изменилось.
стороны которых образованы линияR Это убедительно прокомментировал
ми пересечения вихрей с этой поR Абрикосов: «Как показала жизнь, ±
верхностью. отметил он, ± почти все новые сверхR
При дальнейшем усилении внешR проводящие соединения, открытые с
него магнитного поля количество начала 60Rх годов, относятся к сверхR
вихрей возрастает, они сближаются и проводникам II рода, включая …
наконец начинают перекрывать друг фуллерены и высокотемпературные
друга. Внутреннее пространство обR сверхпроводники. Теперь можно счиR
разца полностью заполняется вихряR тать, что экзотика ± как раз сверхR
ми ± сверхпроводимость исчезает. проводники I рода».
Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
88 Сквозь время
Нобелевская премия
Создание Абрикосовым теории, тот год Советский Союз распался, фиR
сыгравшей большую роль в развитии нансирование Академии наук прекраR
науки о сверхпроводимости, было тилось, исследования вести стало
удостоено в 2003 г. Нобелевской преR практически невозможно… В стране
мии (одновременно с В. Л. Гинзбургом нарастали неразбериха и хаос, перR
и английским учёным Э. Леггеттом) спективы научной работы были пеR
за пионерский вклад в теорию сверхR чально туманными. А находясь в США,
проводимости и сверхтекучести. Абрикосов получил приглашение возR
В это время Абрикосов жил главить теоретический отдел в АргонR
(с 1991 года) в США, но все его исслеR нской национальной лаборатории.
дования, награждённые НобелевR Взвесив все «за» и «против», он решил
ской премией, были выполнены в остаться в Соединённых Штатах.
Советском Союзе. Как же случиR В 1999 году Абрикосов получил
лось, что он ± успешный учёный, американское гражданство, не откаR
академик, директор научного инстиR зываясь от российского, но и возвраR
тута ±стал жить и работать в СоедиR щаться не хотел. (По его признанию,
нённых Штатах? он ощущал себя гражданином мира.)
В Аргоннской национальной лаR
боратории и других научных органиR
зациях он работал с немалым успеR
хом, однако выдающихся работ среди
его американских трудов не было,
хотя некоторые теоретические разR
работки имели локальную ценность.
К присуждению ему Нобелевской
премии первооткрыватель сверхпроR
Церемония вручения А.А. Абрикосову водников II рода отнёсся, можно скаR
Нобелевской премии зать, философски. В одном из поR
следних для него интервью он сказал:
Произошло это для всех (может «Получение Нобелевской премии ±
быть, и для него самого) неожиданно. дело судьбы, некоторые вещи объясR
В 1991 году Абрикосов, будучи дирекR нить нельзя. Главное ± не премия, а
тором Института высоких давлений, процесс работы, важно получить неR
отправился в США с рабочей командиR оспоримый научный результат, а
ровкой по делам института. Но в премия…»
Материал подготовила А.В. ЧеботарёваПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 9
Эрнст Вернер Сименс
(1816 ±1892)
Э.В. Эрнст
Внучки, бывая у нас в гостях, искренне удивляются допотопности
бытовой техники. Бельё после стиральной машины развешиваем в
кухне на верёвках; чтобы из крана потекла тёплая вода, надо крутить
сразу два вентиля; пылесос приходится возить по квартире вручную,
и т.д. И вообще, человечество в целом отстаёт от технического проR
гресса. Одним из творцов этого прогресса был Эрнст Сименс.
Юность
Эрнст Вернер Сименс появился Иоахим Юнг, химик Герман Феллинг,
на свет 13 декабря 1816 года в ГермаR писатель Густав Фальке, дипломат
нии в земле Нижняя Саксония в маR Курд фон Шлёцер, писатели братья
леньком селении Герден близ города Генрих и Томас Манн. Эрнст законR
Ганновер, прославленного бароном чил гимназию с отличием.
Мюнхгаузеном. Но, в отличие от обR По окончании гимназии Эрнст
ладающего буйной фантазией земляR Сименс отправился в Магдебург, где
ка, Эрнст Сименс воплощал свои проR поступил в инженерное артиллеR
екты в реальную жизнь. Его родитеR рийское училище, которое тоже
ли, ХристианRФердинанд Сименс и окончил с отличием и получил зваR
Элеонора Дейхман, простые фермеR ние лейтенанта. Потом были артилR
ры, постарались дать своим детям лерийские мастерские в Берлине,
хорошее образование. занимавшиеся разработкой новых
Эрнст учился в городе Любек в видов вооружения. Именно здесь
знаменитой гимназии «Катаринеум». начинают проявляться способности
В разное время из её стен вышли доR новоиспечённого лейтенанта к изоR
вольно известные личности: ботаник бретательству.Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
10
10 Сквозь время
Старший
Юность Эрнста Сименса закончиR «Катаринеум», и Карл Генрих выросR
лась в 24 года. После смерти родитеR ли в неплохих инженеров и прекрасR
лей вся забота о младших братьях и ных предпринимателей. Оба успешно
сёстрах, которых у Эрнста было ни работали не только в Германии, но и в
много ни мало девять, легла на его Англии, и даже в России.
плечи. Судя по всему, он справился с Но главным среди Сименсов был
этим неплохо. По крайней мере, его всёRтаки Эрнст Вернер. Благодаря
братья Карл Вильгельм, которому ему все его братья и сёстры со времеR
Эрнст оплатил учёбу в гимназии нем получили хорошее образование.
Немецкое физическое общество
В 1845 году в Германии по инициR Одним из первых членов общеR
ативе профессора физики БерлинR ства стал лейтенант Эрнст Вернер
ского университета Густава Карстена Сименс. Его успехи в науке были
было организовано Немецкое физиR настолько значимы, что уже в 1846
ческое общество. Карстен и стал его году его назначают в комиссию ГенеR
первым президентом. Впоследствии рального Штаба для подготовки
общество возглавляли в разные годы внедрения электротелеграфии. Эрнст
всемирно известные учёные: Герман быстро понял, что всё связанное с
Гельмгольц, Макс Планк, Альберт телеграфией ожидает большое буR
Эйнштейн, Вильгельм Вин, Фридрих дущее, и решил посвятить себя этой
Пашен, Петер Дебай, Вальтер ГерR отрасли науки.
лах, Вольфганг Занднер.
Электромагнитный телеграф
Попытки использовать электриR газа. Кстати, в 1756 году Лесаж поR
чество для дальней связи стали строил весьма оригинальную мехаR
предприниматься сразу после изобR ническую теорию тяготения, но сейR
ретения Алессандро Вольтой в 1799 час рассказ о другом.
году стабильного источника постоянR Первым создал настоящий элекR
ного электрического тока. До этого тромагнитный телеграф наш соотеR
пытались использовать статическое чественник Павел Львович Шиллинг
электричество. Так, в 1774 году в 1832 году. Уже через год старанияR
Жорж Лесаж сконструировал в ЖеR ми Вильгельма Вебера и короля маR
неве электростатический телеграф, а тематики Карла Гаусса в Гёттингене
четверть века спустя его усовершенR появился аналогичный телеграф, а
ствовал Франциско де Сальва в МадR ещё через четыре года запатентовали
риде. А в 1809 году физиолог Самуил в Англии свой электромагнитный теR
Зёммеринг испытал во ФранкфуртеR леграф Уильям Кук и сэр Чарльз
наRМайне электрохимический телеR Уитстон. Но это всё были приборы,
граф с использованием пузырьков плохо приспособленные для проRПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 11
мышленного внедрения. И вот в 1840 Его аппаратура позволяла не только
году в США придумал электромехаR принимать на слух сообщения, но и
нический телеграф Сэмюэл Морзе. записывать их на бумажную ленту.
Азбука Морзе
Как это часто бывает, изобретеR получались слова, предложения и
ние одного носит имя другого. целые страницы. Так вот, Вейль заR
К примеру, формулу корней кубичеR шёл в ближайшую типографию и
ского уравнения первыми независимо оценил размеры ящичковRкасс для
друг от друга открыли итальянцы каждой буквы. Чем реже встречалась
Сципион дель Ферро и Никколо ТарR эта буква в печатном тексте, тем в
талья, а носит она имя Кардано. меньшем по размеру ящичке она
В нашем случае всё проще. СэмюR хранилась. Всё гениальное просто.
эл Морзе финансировал разработку
системы сигналов для передачи соR
общений по сконструированному им
телеграфу. Альфред Вейль предлоR
жил кодировать буквы комбинацияR
ми коротких и длинных сигналов ±
точек и тире. Морзе согласился и поR
ставил условие: чем чаще встречаетR
ся буква в английском языке, тем
меньше точек и тире должно входить
в её код. Он не сомневался, что Вейль
потратит много месяцев, чтобы подR
считать частоту появления букв.
А тот нашел верное решение за каR
койRнибудь десяток минут. ОстановиR
тесь и подумайте: как бы вы постуR
Сэмюэл Морзе
пили на месте Вейля?
В те далёкие времена вся печатR Естественно, все цифры тоже поR
ная продукция набиралась вручную. лучили свои коды. Со временем свои
Буквы вырезались в зеркальном отR коды получили и часто употребляеR
ражении на свинцовых кубиках. Все мые сочетания слов. Например, в
буквы А хранились в одном ящичкеR русском варианте «СК» означает
кассе, все буквы В ± в другом и т.д. «связь кончаю», а интернациональное
Наборщик складывал буква к букве, «88» ± пожелание любви или «целую».
Предприниматель
Эрнст Сименс прекрасно пониR Иоганном Гальске основал телеграфR
мал, какое место займёт электротеR ноRстроительную фирму «TelegraR
леграфия в жизни общества в блиR phenbauanstalt Siemens & Halske»
жайшее время. В 1847 году он вышел (S&H), занимающуюся кроме элекR
в отставку и вместе с механиком тротелеграфии широким кругом раRПотенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
12
12 Сквозь время
бот в области точной механики и Причём, это был не экспериментальR
оптики. Гальске в основном проекR ный образец, а поRнастоящему дейR
тировал и конструировал различR ствующий телеграф. При строительR
ное электрооборудование, а Сименс стве пришлось решать необычную
вёл остальные дела компании. ЧеR задачу. До этого все телеграфные лиR
рез 20 лет Гальске и Сименс расR нии прокладывались над землёй на
стались, но остались хорошими опорных столбах, а тут возникла
друзьями. необходимость спрятать провода под
А пока Сименс и Гальске разверR землю. Сименс и Гальске блестяще
нули бурную деятельность. Уже в справились с этой проблемой. С поR
1849 году фирма S&H построила мощью изобретённого Сименсом и
первую в Германии телеграфную лиR построенного Гальске пресса они
нию Берлин±ФранкфуртRнаRМайне. «одели» провода в изоляцию.
Россия
В 1853 году фирма S&H получила Нынешние строители чтоRто возR
от правительства России предложеR водят, получают от заказчика подR
ние построить сеть электромагнитR пись в акте приёмки объекта ± и всё,
ных телеграфов. И дело закипело! Из дальнейшее их не касается. А фирма
СанктRПетербурга телеграфные лиR S&H строила для себя. Не в том
нии протянулись в главную военноR смысле, что построенными телеграR
морскую базу Кронштадт и в столиR фами могли пользоваться только соR
цы ныне независимых государств, трудники фирмы, нет. Фирма проR
входивших в те времена в состав РосR должала построенные ею линии обR
сийской империи: Варшаву (ПольR служивать, т. е. сама устранять доR
ша), Ригу (Латвия), Таллин (Эстония) пущенные ею же недостатки и моR
и Хельсинки (Финляндия). дернизировать аппаратуру.
Карл Генрих Сименс
ВообщеRто строительством телеR
графных линий в России руководил
молоденький брат Эрнста 24Rлетний
Карл Генрих Сименс. Вот как отзыR
вался о нём Эрнст Сименс: «Карла я
считаю наиболее одарённым из всех
нас. Он всегда надёжен, верен, доброR
совестен. Проницательный, всестоR
ронне развитый ум сделал из него
дельного коммерсанта».
Когда Карл прибыл в Россию,
царский советник граф Клейнмихель, Улица Карла Сименса
курировавший строительство телеR
графных линий, решил испытать его. телеграф в одну из комнат на третьR
Граф предложил Карлу провести ем этаже Зимнего дворца так, чтобыПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 13
не потревожить царскую семью и не никся уважением к Карлу и часто
испортить внешний вид дворца. ГеR советовался с ним.
ниальные люди находят самые проR В память о Карле Генрихе СименR
стые решения. Вот и Карл спрятал се в Петродворцовом районе СанктR
заизолированный провод в водосточR Петербурга одна из улиц носит его
ную трубу. С тех пор граф проR имя.
Лондон ± Калькутта
Новости из Америки в Европу доR Сименс уже расстались) контракт на
ходили со скоростью пароходов за строительство телеграфной линии
10±15 дней, а из Азии и Дальнего воR Лондон±Калькутта протяжённостью
стока и того дольше. До Лондона изR 11 000 километров.
вестие о восстании сипаев в Индии, Кабельная линия прошла через
начавшемся в апреле 1857 года, шло Лондон, Берлин, Киев, Одессу,
больше месяца. А ведь Индия являR Керчь, Батуми, Тифлис, Тегеран,
лась богатейшей колонией Англии. Карачи, Калькутту. Строительство
Это событие заставило правительR вели сразу три филиала фирмы.
ство Великобритании задуматься. Сроки осуществления этого суR
Оно думало почти 10 лет и в 1867 году пермасштабного проекта до сих пор
подписало с фирмой «Siemens вызывают удивление ± всего два
Brothers» (к этому времени Гальске и года.
Телеграфная линия Лондон±Калькутта
На Кавказском участке изRза выR Кавказ и порвало кабель. Много киR
сокой сейсмичности района телеR лометров ценнейшего кабеля исчезло
графный кабель проложили вдоль в морских глубинах. Через несколько
берега под водой. Как в воду глядели месяцев связь на Кавказском участке
проектировщики. Очень скоро землеR была восстановлена. Только теперь
трясение действительно потрясло она шла по воздуху.Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
14
14 Сквозь время
кие экземпляры сохранились на
своих местах, и выглядят они как
новые.
Первый сеанс связи состоялся
12 апреля 1870 года. Передали текст
государственного гимна Англии «БоR
же, храни королеву» и табель зараR
ботной платы будущих телеграфиR
стов. Этот сеанс занял 28 минут и выR
звал бурю восторгов своей невиданR
ной скоростью.
Любопытно, как откликнулся на
это событие Лев Николаевич Толстой.
13 апреля в кабинет Толстого вошел
его секретарь. «Лев Николаевич, ±
сообщил он, ± вчера открыли телеR
граф из Лондона в Калькутту. Теперь
за несколько минут человек может
передать любую свою мысль на друR
Электрический столб гой конец планеты!»
± А есть ли у человечества мысли,
А вот теперь представьте: которые необходимо передавать с
11 000 километров, и через 50 метR такой скоростью? ± с усмешкой отреR
ров стоят чугунные столбы. И кажR агировал Толстой.
дый столб ± произведение искусR На территории Грузии делами
ства. Попробуйте сами подсчитать компании ведали Вальтер и Отто СиR
их необходимое количество. Время менсы, младшие братья Эрнста СиR
столбы пощадило. Время, но не люR менса. Оба умерли ещё молодыми, и в
ди. После закрытия линии в 1931 1890 году Эрнст приезжал в Грузию
году столбы растащили, лишь редR навестить их могилы.
Сименс и Эдисон
Гениальный изобретатель Томас был настоящим джентльменом. Он
Эдисон был моложе Эрнста Сименса всегда точно и в срок выполнял догоR
на три десятка лет. Жил и творил он вора, никогда не отказывался от своR
по другую сторону Атлантики. ЭдиR их слов и не пытался обмануть партR
сона можно было бы назвать копией нёров по бизнесу.
Сименса: он также изобретал и внедR Эдисон такими качествами не обR
рял в производство свои изобретения, ладал. Однажды ещё совсем молоR
много занимался электротехникой, в денький Никола Тесла выполнил в
частности телеграфированием. Оба Страсбурге для компании Continental
изобрели и усовершенствовали генеR Edison Company очень сложную и
ратор постоянного тока ± динамоR ответственную работу. Ему обещали
машину. заплатить за неё 25 тысяч долларов,
Но они существенно отличались. но он не получил ни цента. В другой
Эрнст Сименс, немец, не англичанин, раз Эдисон предложил всё тому жеПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Сквозь время 15
Тесла улучшить электрические маR получил за скромную плату все
шины, придуманные самим ЭдисоR чертежи, рисунки и остальную доR
ном. И Тесла блестяще справился с кументацию по телектрофону. АнR
поставленной перед ним задачей. Он тонио Меуччи было обещано дальR
не только существенно улучшил осR нейшее сотрудничество. В 1871 году
новные параметры электрических он подал заявку на патент своего
машин, но и предложил несколько изобретения и стал ждать. А компаR
своих оригинальных разработок. За ния «Вестерн Юнион» на все его заR
это он ожидал получить 50 тысяч просы отвечала, что документация
долларов, которые обещал заплатить утеряна. И вот в 1876 году Меуччи с
Эдисон. Но тот и не думал платить, а удивлением увидел в газетах сообR
заявил, что Тесла не понимает шуток. щение о великом изобретении теR
ВообщеRто подобная нечистоR лефона Александром Беллом, сдеR
плотность свойственна североамериR ланном под патронажем фирмы
канскому бизнесу. 11 июня 2002 гоR «Вестерн Юнион». Думаю, всё поR
да Конгресс США принял резолюR нятно без объяснений. Меуччи умер
цию, в которой признал настоящим в бедности в 1889 году.
изобретателем телефона Антонио Однако первыми словами, переR
Меуччи, хотя во всём мире считается, данными по телефону, была фраза на
что телефон изобрёл Белл. Эта истоR немецком языке: Das Pferd frisst
рия развивалась так. В 1860 году keinen Gurkensalat (Лошадь не ест
Меуччи опубликовал в газете сообR салат из огурцов). Эту историческую
щение о том, что после долгих лет фразу 26 октября 1861 года произнес
труда изобрел «звук, бегущий по Филипп Рейс, которого и следует
проводам» ± телектрофон. Заметка признать настоящим изобретателем
попала на глаза сотруднику компаR телефона.
нии «Вестерн Юнион», который И вот жизнь впрягла Сименса и
отыскал лачугу изобретателя и заR Эдисона в одну упряжку.
Через Атлантику
Теперь предстояло наладить таR специализированное судноRкабелеR
кую же быструю связь между ЕвроR укладчик «Фарадей». Первый телеR
пой и Америкой. Европу представлял графный кабель был проложен в 1874
Сименс, Америку ± Эдисон. ЕстеR году между ирландским посёлком
ственно, ни о какой воздушной линии Баллинскеллигс и городком Рай Бич
речи идти не могло, требовалось опуR в штате НьюRГемпшир ± первом
стить кабели на дно Атлантического штате США, провозгласившем в 1776
океана. Работа предстояла ответR году независимость от ВеликобритаR
ственная, так как любое повреждение нии. Эта трансатлантическая телеR
в подводной части линии ремонту не графная линия имела длину более
подлежало и сводило насмарку всю 5000 км.
проделанную работу. Всего за 45 лет «Фарадей» 19 раз
Для выполнения этого грандиозR участвовал в прокладке подводных
ного проекта по заказу «Siemens линий связи общей длиной около
Brothers» фирма «C. Mitchell & 100 000 км. Интересно сложилась
Company Ltd.» построила в Ньюкасле судьба «Фарадея». Уже в XX веке егоПотенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
16
16 Сквозь время
несколько раз пытались разобрать
на металлолом, но безрезультатно.
Как и всё, имеющее отношение к СиR
менсам, судно отличалось высоким
качеством. Только в 1950 году его,
наконец, удалось разобрать на ЮжR
ноRуэльской верфи.
Сименс и Эдисон блестяще спраR
вились со сложной задачей, и кабель
много лет исправно работал. Всего
они проложили шесть трансатлантиR
Судно9кабелеукладчик «Фарадей» ческих телеграфных линий.
Один сименс
Лет сорок назад я не смог отвеR другими великими физиками, чьими
тить на вопрос школьника: «Что изR именами названы единицы измереR
меряется в сименсах?» Тогда продукR ния.
ция марки «Сименс» в СССР ещё не Это подтверждает, что Сименс
проникла. Сейчас такая марка в РосR был не только предпринимателем, но
сии пользуется популярностью, но и учёным. В 1971 году 14Rя ГенеральR
всё равно о единице измерения «сиR ная конференция по мерам и весам
менс» мало кто знает. А ведь Эрнст приняла для единицы электрической
Вернер Сименс встал в один ряд с проводимости наименование «сиR
Вольтой, Омом, Ампером, Кулоном и менс».
Наследие
Достижения фирмы «S&H» и электрические отбойный молоток,
позже «Siemens Brothers» опредеR вентилятор, транспортёр. На его счеR
ляются прежде всего исследоваR ту первые в мире электрические жеR
тельским и изобретательским таR лезная дорога, трамвай и лифт.
лантом СименсаRстаршего. Он отR Кроме того, Вернер Сименс был
клонял всё, что не было всесторонне отцомRоснователем Берлинской наR
рассмотрено теоретически и подR циональной физикоRтехнической лаR
тверждено экспериментом. Зато всё, боратории и Шарлоттенбургского
что выпускали эти фирмы, преR физикоRтехнического института.
красно работало. В 1888 году кайзер Вильгельм II
Эрнст Вернер Сименс придумал даровал Эрнсту Вернеру Сименсу
и, главное, сделал доступным и проR дворянский титул, после чего тот
стым в обращении: генератор постоR стал именоваться Вернером фон СиR
янного тока с самовозбуждением, менсом.
Материал подготовил Дружинин Борис Львович.17
Космическая погода:
что это такое?
Не привыкайте к чудесам ±
Дивитесь им, дивитесь!
Не привыкайте к небесам,
Глазами к ним тянитесь.
«!
За мигом миг, за шагом шаг
Впадайте в изумленье.
Всё будет так ± и всё не так
Через одно мгновенье.
В. Шефнер
Понятие о космической погоде появилось сравнительно недавно:
его формирование началось во второй половине прошлого века. МожR
но подумать, что его возникновение обязано развитию в то время
космонавтики и первым запускам в космос исследовательских аппаR
ратов. Но, как это ни парадоксально, рождение «космической погоды»
связано с проникновением не человечества в космос, а космических
лучей в атмосферу Земли. Этот факт делает её ещё более странной:
какая же подразумевается погода? Какие физические процессы приR
водят к её появлению, и каковы последствия её существования?
В статье приводятся основные сведения об этом.
Космические лучи
Летят к нам быстрые частицы
Иных миров, иных планет.
Л. Татьяничева
Среди множества важных научR лучи ± в 1895Rм, а радиоактивность ±
ных открытий, сделанных физиками в 1896Rм. ВоRвторых, новые явления
в XIX веке, обнаружение рентгеновR показали существование в природе
ских лучей, радиоволн и радиоактивR разных невидимых излучений.
ности особенно впечатляет по ряду ВRтретьих, именно эти излучения
причин. ВоRпервых, эти открытия оказали огромное влияние на развиR
были близки по времени: радиоволны тие в XX веке важнейших направлеR
открыты в 1886 году, рентгеновские ний науки и техники (средств связи,Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
18 Загадочный мир
медицины, атомной энергетики). Их Узнав об этом, Гесс усомнился в
существование и свойства вызвали правильности измерений и решил
большой интерес учёных и рост чисR сам провести аналогичные опыты,
ла исследований. тщательно их подготовив. Он сконR
Как часто бывает в подобных слуR струировал прибор, регистрирующий
чаях, у исследователей пробуждаR электропроводность газа, которая
лась надежда обнаружить какоеR зависит от его ионизации, а также
нибудь ещё неизвестное излучение. специальный прочный корпус, выR
И время от времени появлялись соR держивающий большие перепады
общения о наблюдении новых лучей, давления и температуры, для подъR
но они не подтверждались. Так что ёма измерительных приборов в атмоR
утверждение австрийского физика сферу, вычислил значение той высоR
Виктора Франца Гесса о том, что из ты, на которой «земная» радиация,
космического пространства в земную если она вызывает ионизацию воздуR
атмосферу проникает какоеRто излуR ха, должна ослабнуть настолько, что
чение, было встречено сообществом его электропроводность станет близR
учёных с большим недоверием. кой к нулю. По его расчётам это
Однако сообщение Гесса основываR должно было произойти на высоте
лось на очевидных экспериментальных примерно 500 м.
данных. Занимаясь исследованием иоR Гесс осуществил несколько заR
низации атомов газа под действием раR пусков шаровRзондов с исследоваR
диоактивного излучения, он заинтереR тельским оборудованием и получил в
совался близкими по тематике экспеR 1912 году результат, который он впоR
риментами, проводимыми в Париже на следствии описал так: «Мне удалось
Эйфелевой башне с целью поиска исR показать, что ионизация уменьшаR
точников излучения, ионизирующего лась с увеличением высоты над земR
атмосферные газы. Предполагалось, лёй… но начиная с высоты 1000 м заR
что это излучение испускают радиоакR метно возрастала и на высоте 5000 м
тивные вещества, находящиеся в земR достигла значения, в несколько раз
ле. Но измеряя степень ионизации возR превосходящего наблюдаемого на
духа на разных высотах, эксперименR поверхности Земли».
таторы получили не подтверждающий Это привело Гесса к заключению,
их ожидания результат: наверху башR что ионизация воздуха могла быть
ни (на высоте 350 м) ионизация воздуха вызвана проникновением в земную
была самой интенсивной. атмосферу неизвестного излучения
из космического пространства. ОднаR
ко потребовались ещё многочисленR
ные исследования других учёных,
чтобы подтвердить его вывод.
Окончательным доказательством
внеземного происхождения этого изR
лучения стали опыты американского
физика Роберта Милликена, в котоR
рых одни приборы с детекторами
поднимались на высоту 15 000 м, а
другие опускались в глубину озера.
Полученные Милликеном данные
Виктор Франц Гесс (рост интенсивности излучения поПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Загадочный мир 19
мере подъёма в верхних областях В результате многолетнего их
атмосферы Земли и её спад в озере) изучения стало известно многое: соR
убедили всех в правоте Гесса. став, свойства, действие на атмосфеR
А Милликен дал внеземному излучеR ру и т. д. На основе имеющихся свеR
нию название ± «космические лучи». дений дано такое определение
Что же они собой представляют? (Большой энциклопедический слоR
варь): «Космические лучи ± поток
стабильных частиц высоких энергий
(примерно от 1 до 1012 эВ), приходяR
щих на Землю из мирового пространR
ства (первичное излучение), а также
рождённое этими частицами при взаR
имодействии с атомными ядрами атR
мосферы (вторичное излучение, в
состав которого входят все известные
сейчас элементарные частицы)».
Большая часть частиц первичных
космических лучей попадает в атмоR
сферу Земли со всех сторон, летя к
Роберт Милликен ней из очень «далёкого далёка»: из
нашей и других галактик (так их и
называют ± галактические космичеR
ские лучи, ГКЛ). А самый близкий
источник космических лучей ± СолR
нечная система, в основном их посыR
лает Солнце (солнечные космические
лучи, СКЛ).
Путь частиц ГКЛ сложен и длиR
телен (миллионы лет), бесчисленные
взаимодействия со встречной для них
средой выравнивают, усредняют хаR
рактеристики частиц (энергию, скоR
рость). Вследствие этого ГКЛ довольR
но однообразно действуют на атмоR
сферу Земли, тогда как СКЛ часто
Марка, выпущенная в честь внезапно вносят в неё непредсказуеR
Роберта Милликена мые и сильные изменения. Что похоR
же на капризы погоды.
Виновник изменчивости СКЛ
О чём же? О снеге? О Солнце без пятен?
А если и пятна на нём хороши?
М. Петровых
«Управляет» изменением потока Землю, освещающая и согревающая
космических лучей, падающих на нашу планету звезда ± Солнце. ОноПотенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
20 Загадочный мир
не просто раскалённый шар вещеR прерывный спектр. На ней время от
ства, а сложная структура из плазR времени появляются тёмные пятна, а
мы, функционирование которой выR из неё в корону поднимаются плазR
звано бурно протекающими физичеR менные структуры раскалённого газа
скими процессами. Чтобы выяснить, в виде струй, облаков и т. п., называR
какие факторы обусловливают появR емые протуберанцами.
ление в околоземном пространстве
СКЛ, рассмотрим сложившееся к
настоящему времени представление
о строении Солнца и некоторые свойR
ства его основных оболочек.
Ядро
Радиоктивная
зона
Конвективная
зона
Фотосфера
Хромосфера Протуберанцы
в солнечной короне
Протуберанец Пятна на Солнце
в виде арки Над относительно тонкой (приR
Внутренняя мерно 500 км) фотосферой располоR
структура Солнца жена хромосфера (окрашенная сфера)
толщиной около 10 000 км. В ней приR
В каждой из оболочек Солнца чудливо переплетаются языки пламеR
(их границы условны) происходят ни длиной 10±15 км, придающие ей
характерные для неё процессы. розовый цвет. Плазма хромосферы
В центре Солнца ± ядре ± идут терR отличается большой неоднородностью
моядерные реакции (синтез ядер температуры, плотности, движения.
водорода в ядра гелия) и выделяетR В ней возникают так называемые спиR
ся колоссальное количество энерR кулы ± отдельные столбы светящейся
гии, температура там 15 000 000 К. плазмы высотой 6±10 тысяч километR
В толще промежуточной зоны, боR ров и диаметром от 200 до 2000 км.
лее обширной, чем ядро, энергия Они «живут» 5±7 мин и разрушаются.
от него передаётся излучением Одновременно на Солнце существуют
вышележащим областям, темпеR сотни тысяч спикул.
ратура в которых устанавливается Корона ± верхний слой атмосфеR
в пределах от 7 до 2 млн К. В конR ры, являющийся внешней оболочкой
вективной зоне, где температура солнца, ± простирается в межпланетR
приблизительно 5500 К, энергия ное пространство на миллионы килоR
переносится веществом, находяR метров. Она состоит из значительно
щимся в состоянии плазмы, в атR разреженной плазмы, потоки которой
мосферу звезды, которая состоит содержат протоны, электроны, ядра
из трёх слоёв: фотосферы, хромоR гелия и других веществ.
сферы и короны. Грандиозные атмосферные проR
Фотосфера (видимая поверхность цессы на Солнце всё время сопроR
Солнца) излучает свет, имеющий неR вождаются выбросами в окружаюRПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Загадочный мир 21
щее звезду пространство сгустков ультрафиолетовых лучей). Выбросы
плазмы, заряженных частиц (СКЛ), а назвали солнечным ветром. «ОбдуR
также мощным излучением коротких вая» Солнечную систему, он обрушиR
электромагнитных волн (в основном вается и на нашу планету.
Космическая погода
Выходит из терпенья Солнце,
Взорваться яростью суля!
Л. Мартынов
Солнечный ветер дует постоянно, Особенно сильный солнечный
однако с разной силой и скоростью в ветер, вызывающий резкое изменеR
зависимости от интенсивности проR ние космической погоды, возникает
исходящих на Солнце событий или, при солнечных вспышках. Так
как говорят специалисты, от солнечR называют происходящие вдруг
ной активности. Этот термин отражаR мощные проявления солнечной акR
ет рост и спад числа и мощности реR тивности. Наступают они внезапно,
гулярно наступающих там явлений ± длятся от нескольких минут до неR
примерно через 11 лет (цикл солнечR скольких часов и сопровождаются
ной активности). Резкие изменения выделением огромной энергии, увеR
солнечной активности вызывают поR личением яркости хромосферы,
рывы и всплески солнечного ветра, ускорением заряженных частиц
что сказывается на состоянии околоR (электронов, протонов, ядер атомов,
земного пространства и верхних слоR ионов), ростом рентгеновского, ульR
ёв земной атмосферы. А совокупR трафиолетового излучений. Под
ность происходящих в них физичеR действием этих своеобразных взрыR
ских явлений и называется космичеR вов («ярости Солнца») в межплаR
ской погодой. нетное пространство устремляются
Кроме космических лучей и усиливающиеся в 100±1000 раз поR
плазмы, значительное влияние на токи вещества и излучений ± солR
космическую погоду оказывает магR нечный ветер превращается в «ураR
нитное поле Солнца. Его структура ган», космическая погода испытыR
чрезвычайно сложна, а механизм вает «шторм».
возникновения и изменения ещё неR Количество солнечных вспышек,
достаточно ясен. Известно, что оно как и тёмных пятен, «подчинено»
непосредственно связано с солнечR цикличности солнечной активности:
ной активностью и тёмными пятнами их больше всего в годы её максимуR
на поверхности светила. Именно в ма. Но и тогда жители Земли не заR
них регистрируются наибольшие мечают многократно возросших, но
значения индукции магнитного поля, неявно связанных с ними, природR
причём появление и увеличение их ных явлений. Так стоит ли приниR
числа служит одним из основных мать во внимание капризы космичеR
признаков возрастания солнечной ской погоды?
активности.Потенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
22 Загадочный мир
Солнечно5земные связи
Может, то, чего нету,
Тоже всёRтаки есть?
В. Шефнер
Когда ещё не существовало не
только понятия «космическая погода»,
но и представления о возможности
связи какихRлибо земных и космичеR
ских процессов (тем более понимания
важности их обнаружения и изучеR
ния), выдающийся русский учёный
Александр Леонидович Чижевский в
20Rх годах прошлого века первым в
мире предположил и доказал, что соR
ответственно солнечным циклам с той
же периодичностью на Земле происхоR
дят многие социальные явления ± рожR
даемость и смертность населения,
урожайность сельскохозяйственных
культур и др. Он установил, что в годы
максимума солнечной активности хаR
рактеристики этих явлений приобреR Александр Леонидович
тают экстремальные значения (наиR Чижевский
большие или наименьшие). Это был
принципиально важный факт, покаR нечноRземных связях блестяще подR
завший существование солнечноR твердились ± особенно в концепции
земных связей. космической погоды. Выяснилось, что
Разнообразие этих связей обнаR влияние солнечной активности на
ружили позже, но уже Чижевский Землю огромно и многообразно, косR
усмотрел зависимость ряда природR мическая погода вызывает в её атмоR
ных явлений (например, частоты поR сфере серьёзные изменения, бушуR
явления серебристых облаков, северR ющий гдеRто на недосягаемой глазу
ного сияния) от циклической солнечR высоте солнечный ветер нарушает
ной активности. За прошедшее с тех обычную жизнедеятельность нашей
пор время идеи Чижевского о солR планеты.
Земные проявления космической погоды
Но глубь небес таинственно ясна.
М. Петровых
Изучение влияния солнечного юная. Однако благодаря возможноR
ветра на Землю не просто молодая стям современных космонавтики и
область науки о солнечноRземных приборостроения сведений о воздейR
связях, а, можно сказать, совсем ствии космической погоды на планетуПотенциал. Математика. Физика. Информатика № 06
09 (162)
(153) 2018
2017
Загадочный мир 23
получено уже много. Так как непоR разреженного воздуха коротковолноR
средственно солнечный ветер обруR вым (характеризующимся большой
шивается на атмосферу, тщательноR энергией) галактическим космичеR
му исследованию подвергаются ским излучением ± ультрафиолетоR
прежде всего процессы, происходяR вым и рентгеновским. Немалую роль
щие в ней. в процессе ионизации верхней части
Как известно, земная атмосфера земной атмосферы играет и Солнце ±
неоднородна, она состоит из нескольR его (тоже коротковолновое) излучеR
ких слоёв воздуха, имеющих разные ние и солнечный ветер, содержащий
физические характеристики (плотR электроны и ионы.
ность, температуру, индукцию магR Из этого следует, что космичеR
нитного поля и др.). Прилегающий к ская погода является фактором влиR
поверхности Земли слой ± тропосфеR яния на состояние ионосферы, прежR
ра ± простирается от неё вверх приR де всего, несомненно, на степень её
близительно на 10 км. Над ним нахоR ионизации (на количество «живуR
дятся довольно разреженные слои ± щих» в ней электронов и ионов), что
стратосфера до высоты примерно существенно изменяет её свойства.
50 км и мезосфера до 80±85 км. За Например, очень важно для человеR
ними начинается ионосфера ± верхR чества то, что, поглощая при ионизаR
ний слой атмосферы, состоящий в ции губительные для живых оргаR
основном из заряженных частиц, в низмов ультрафиолетовые и рентгеR
число которых входят ионы, давшие новские лучи, ионосфера защищает
название этому слою. Он доходит до от них поверхность планеты. Но при
высоты 600 км, а после него тянется вспышках на Солнце эта защита окаR
примерно до 1000 км промежуточный зывается недостаточно полной и,
слой, переходящий постепенно в безR зная это, лучше меньше находиться в
воздушное околоземное космическое освещённых солнцем местах.
пространство. Другое важное свойство ионосфеR
Действию солнечного ветра подR ры ± отражение электромагнитных
вержены все эти сферы (в разной волн, а это позволяет, используя отR
степени и с разными результатами), а ражение от неё радиоволн, посылать
также магнитосфера Земли. радиосигналы за горизонт на больR
Первой принимает потоки солR шие расстояния, устанавливая таким
нечного ветра и наиболее существенR образом радиосвязь с далеко распоR
но на него реагирует ионосфера. Она ложенными населёнными пунктами.
обладает отличающим её от остальR Ионосфера
ных сфер свойством ± электропроR
водностью, так как в ней находятся в
основном заряженные частицы ± своR
ик
бодные электроны и ионы.
Пр
тч
Долгое время существование таR
да
иё
ре
мн
кого слоя атмосферы казалось загаR
Пе
ик
дочным: непонятно было даже то, отR
куда поступают электроны и ионы,
что служит их источником. В конце
концов выяснилось, что эти частицы
образуются главным образом в самом Схема «ионосферной»
слое в результате ионизации атомов радиосвязиПотенциал. Математика. Физика. Информатика №09
№ 06 (162)
(153) 2018
2017
24 Загадочный мир
При «ухудшении» космической ции магнитного поля на поверхности
погоды параметры, характеризуюR Земли изменяются, а резкие их переR
щие ионизацию ионосферы, отступаR пады довольно опасны для метеозавиR
ют от средних значений, и условия симых людей. Поэтому предупреждеR
отражения радиоволн изменяются ± ния о возможном возникновении магR
радиосвязь становится нестабильной. нитных бурь сообщаются обычно в
Специалистам пришлось разрабатыR сводках земной погоды.
вать меры преодоления этой неприR Более того, опасны магнитные буR
ятности. (В настоящее время всеобъR ри и для техники, оснащённой элекR
емлющая нашу планету более устойR тронными системами. А сегодня
чивая связь осуществляется специR электроника стала основой действия
ально оборудованными для приёма и многих технических устройств. Это
пересылки электромагнитных волн значительно повышает зависимость
ИСЗ – искусственными спутниками нашей цивилизации от космической
Земли.) погоды.
Не менее важно и такое проявлеR Есть и видимое, доступное наблюR
ние действия космической погоды, как дению проявление космической погоR
возникновение магнитных бурь ± сильR ды ± полярные сияния. Это светящиеR
ного возмущения магнитного поля ся и колеблющиеся на небосводе (на
Земли (геомагнитного поля) под влияR высоте более 100 км) разноцветные
нием солнечного ветра. Обрушиваясь «занавесы». Они могут быть белыми,
на атмосферу, он действует в какойRто жёлтыми, зелёными, голубыми, фиоR
мере аналогично ударной волне ± деR летовыми, красными… Возникает таR
формирует конфигурацию магнитоR кое свечение ± яркое, красивое ± в поR
сферы планеты: сжимает геомагнитное лярных широтах (поэтому и названо
поле в околоземной области, обращёнR полярным сиянием), как правило, в
ной к Солнцу, и вытягивает его в тенеR период солнечной активности и усиR
вой зоне за Землёй. Значения индукR ления солнечного ветра.
Полярное сияние
В этом случае его частицы имеют эти атомы и молекулы излучают поR
относительно большую энергию, доR лученную от солнечного ветра энерR
статочную для того, чтобы возбужR гию и озаряют небо. А происходит
дать встретившиеся им атомы и моR обычно это в приполярных областях
лекулы тех газов, которые находятся Земли, потому что её магнитное поле,
в атмосфере. Спустя какоеRто время действуя на попавшие в атмосферу иВы также можете почитать
