Глеб Голубьов
Неразгаданите тайни (24)

Фактите се натрупват

Откритието на Джилберт показвало, че разгадаването на магнитизма трябва да се търси на Земята. Но то не обяснявало причините на това явление. Самият Джилберт предполагал, че източник на земния магнитизъм е въртенето на планетата. Но в такъв случай откъде се явява магнитното отклонение? Нали магнитната ос на Земята трябва да съвпада с оста на въртене на планетата, а магнитните меридиани — с географските. Защо компасната стрелка измамва мореплавателите, отвеждайки ги настрана от пътя им точно на север или на юг?

Магнитното отклонение зависи от разпределението на морето и сушата — казвал Джилберт. — Стрелката на компаса се отклонява към страната на материка, който в дадения момент е най-близко до кораба. Стрелката се притегля от сушата.

Джилберт грешел. Тайната на магнитното отклонение била разгадана още по негово време, но за това станало известно от публикуваното през същата тази 1600 година писмо на знаменития картограф Герхард Меркатор, създателя на картната проекция, която носи неговото име. Това писмо, написано през 1580 година, било скрито в архивите на британското адмиралтейство заедно с отчетите на експедициите, търсещи северозападен проход към Индия покрай бреговете на Канада. Англичаните се страхували някой да не ги изпревари и държели всички материали под строг секрет.

Меркатор твърдял, че магнитните полюси на Земята не съвпадат с географските. Ето защо се явява и магнитното отклонение. Стрелката на компаса показва направлението към магнитния полюс. И колкото е по-близко до него, толкова по-силно се отклонява тя от географския меридиан. Само на меридиана, минаващ през двата полюса — магнитния и географския — стрелката ще сочи точно на север. Именно този меридиан пресякъл Колумб на път към Америка.

Минали векове, докато успели да проверят гениалното предположение на Меркатор и да определят точното положение на магнитните полюси. А по пътя към тях изследователите се натъкнали на още няколко явления, изискващи обяснение. Схемата на земния магнитизъм, която се сторила на Джилберт така проста и понятна, все повече се усложнявала.

Изяснило се, че магнитното отклонение съвсем не остава неизменно. През 1634 година професорът по астрономия Хелибранд измерил величината на отклонението в Лондон и се удивил. То се оказало равно на четири градуса. А само шестдесет години преди това, когато е правил същите измервания Норман, величината на отклонението била съвсем друга: единадесет градуса и четвърт. Грешка не можело да има: акуратният Хелибранд повторил опита няколко пъти. Но не са ли могли в такъв случай магнитните полюси да се преместят от едно място на друго?

Учените започнали да сравняват величините на магнитното отклонение от различни години и потвърдили наблюденията на Хелибранд. Да, отклонението се изменяло. Тези промени се наричат магнитни вариации. За да могат по-добре да ги изучат, в края на XVII век в Атлантическия океан се отправила специална експедиция начело със знаменития астроном Халей. Той провел множество измервания на величината на отклонението, нанасяйки точки на картата. Точките с еднакво отклонение Халей съединил с изолинии.

Така се появила първата магнитна карта. Тя правила картината на магнитното поле на Земята нагледна, но уви, още по-непонятна. Защо изолиниите така причудливо се извиват? Те съвсем не приличат на строгите линии на географските меридиани и почти никъде не съвпадат с тях.

— Може би вътре в Земята има не един магнит, а два, наклонени един към друг под някакъв ъгъл? — недоумявал Халей.

А скоро станало ясно, че отклонението се изменя всяка година. Нещо повече, то не е постоянно дори в течение на едно денонощие.

Моряците забелязали също така, че има дни, когато компасните стрелки буквално полудяват. Те започват да се мятат бясно по скалата на компаса. Тези смущения били наречени магнитни бури.

Наблюденията се натрупвали все повече, но се оказало, че не е така просто да ги разберат и обяснят. Голяма работа извършили в тази област руските учени. Над тайните на магнита много размишлявал М. В. Ломоносов.

Той пръв разбрал цялата сложност на тайната на земния магнитизъм. В 1759 година в „Разсъждения за голямата точност на морския път“ Ломоносов писал: „И така, да приемем, че Земята е магнит, съставен от различни части с различна мощност, или от много магнити с различна сила, групирани в едно цяло, които по своето положение и трайност на силите действуват в различните посоки различно, то тогава следва, че по различните места на Земята би трябвало да има различно магнитно отклонение.“

Така Ломоносов предложил нова хипотеза за произхода на земния магнитизъм. Той възниква не от въртенето на планетата, а просто защото в нейните недра има много залежи от магнитни руди. Те са, които създават магнитното поле на Земята. По-нататъшното развитие на науката показало, че в това Ломоносов се излъгал. Но затова пък то потвърдило правилността на неговото главно гениално предположение: големият магнит Земя се състои от няколко части. И всички те си въздействуват една на друга и на стрелките на компасите. Ето защо картината на магнитното поле на Земята е толкова сложна и противоречива.

Но това тогава било само предположение. Самият Ломоносов предупреждавал:

— Без многобройни и точни наблюдения на всяко място не може да бъде изведена общата теория за промените на магнитната сила.

И руските учени започнали да събират „многобройни и точни наблюдения“.

Преди всичко те се заинтересували от местностите, където компасната стрелка се движела неспокойно. В 1784 година П. Б. Иноходцев извършвал геодезическа снимка около Курск. Верният помощник — компасът — тука изведнъж изменил. Той се държал така, като че ли се е отзовал на магнитния полюс: стрелката понякога се изправяла почти вертикално и на това отгоре се отклонявала на 180 градуса.

Подобни „ненормалности“ в поведението на стрелката изследователите открили и в Украйна, и на Урал. Тези места започнали да наричат магнитни аномалии. Това били „добавъчните“ магнити, предсказани от Ломоносов. През време на околосветските плавания на Крузенщерн, Лисянский и други прославени руски мореплаватели се провеждали постоянни измервания на магнитната сила в най-различни кътчета на Земята. През зимата на 1820 година платноходите „Изток“ и „Мирни“, доплавайки по-далече от всички към юг, открили Антарктида. Началникът на експедицията Ф. Ф. Белинсхаузен изчислил приблизително положението на южния магнитен полюс. Той бил съвсем наблизо до планината Еребус, криеща се в снежната мъгла.

Друго важно откритие направил астрономът на експедицията Иван Михайлович Симонов. Веднъж той наблюдавал с телескоп петната на Слънцето, които, кой знае защо, в този ден били особено много. Симонов често се отделял от тръбата, внушаваща свещено уважение у всички матроси, за да се полюбува на играта на полярното сияние по небето. Този ден то било също така много силно. И изведнъж досадна случка откъсва учения от наблюденията.

— Компасите съвсем полудяха — ругаел щурманът. — Елате, моля, Иван Михайлович, да видите какво става. Стрелките танцуват като бесни.

С компасите нищо не можело да се направи. Очевидно бушувала магнитна буря. Симонов се върнал към телескопа. За съжаление, докато се занимавал с компасите, ученият изпуснал най-интересното. Петната значително намалели. И дъгообразните ивици на сиянието в небето постепенно започнали да загасват.

Симонов се впуснал отново да оглежда компасите. Те се успокоявали. Потрепервайки, стрелките заставали в предишната посока. Магнитната буря преминала. „Защо трите явления съвпадат? — замислил се астрономът. — Петната по слънцето, полярното сияние, магнитната буря… Случайно ли са станали в едно и също време? Едва ли. Между тях има някаква още неизяснена връзка.“

Отдавна още крайбрежните жители, земляци на Ломоносов, които ходели с гемии и лодки далече на север с помощта на саморъчно изработени компаси, почтително наричани „майчици“ — забелязали връзката между магнитните бури и северните сияния по небето.

— Преди зазоряване майката греши — казвали старците.

Сега на И. М. Симонов се удало да наблюдава това неопровержимо съвпадение на небесните и земни процеси. Веригата от причини и следствия се простирала все по-далече — през полярните сияния към Слънцето. Значи на магнитното поле на Земята влияят не само земни причини. Някои от тях трябва да се търсят и в космическите простори.

Тези наблюдения твърде много заинтересували Симонов. Като се завърнал от плаването, той основал първия в Русия магнитен павилион при Казанския университет, където бил професор. Помагал му и професорът по физика А. Ф. Купфер, който се оказал много енергичен организатор. Благодарение на неговото усърдие скоро успели да открият още един павилион в Петербург. По-късно на тази база възникнала Главната физическа обсерватория.

— Само Русия — често говорел Купфер — съдържа в себе си повече точки, важни за теорията на земния магнитизъм от цялата останала Европа. Той съумял да заинтересува с магнитизма даже чиновниците от минното ведомство. Магнитни наблюдения започнали да се провеждат навсякъде: на заводите в Урал, в рудниците на Сибир, в полярните експедиции и далечните плавания. Работата се извършвала наистина с руски размах.

В това време И. М. Симонов бил вдълбочен в най-сложни математически изчисления. Той замислил да въведе ред в хаоса на магнитното поле на Земята. Най-добрият път за това се оказала математиката. Симонов се опитал да изведе формули, по които предварително да се изчислява потенциалът на магнитното поле за всяка точка от земната повърхност.

Но той не успял да завърши започнатата работа. Пълна математическа теория на земния магнитизъм дал друг изследовател — немският учен Карл Фридрих Гаус.

Гаус още в детството си поразявал със своите извънредни математически способности.

— Аз се научих по-рано да смятам, отколкото да говоря — шегувал се той, спомняйки си за своето детство.

Още в ученическите години у него възникнала и друга страст. Той започнал да се увлича от чуждите езици — старите и съвременните. И тук се проявили необикновените му способности. И даже като шестдесетгодишен старец Гаус изучил самостоятелно руски език. Той четял в оригинал „Борис Годунов“ и беседвал върху него с И. М. Симонов, когато същият го посетил.

Постъпвайки в университета, Гаус даже се колебаел кой факултет да избере: филологическия или математическия. Но математиката все пак победила и той й отдал целия си живот. Забележителните трудове на Гаус били наградени със специален медал, отлят в негова чест с лаконичния надпис: „На първия от математиците“.

Гаус не търсел причините на земния магнитизъм. Той просто приемал като факт, че източниците му лежат вътре в Земята. Потенциалът на магнитното поле на планетата зависи от географската ширина и дължина. Гаус съставил уравнения, които дават възможност да се изчисли потенциалът за всяка точка от земното кълбо.

Във формулите Гаус внесъл особени коефициенти. Като изучил магнитните карти от своето време, той успял да изведе тези коефициенти от наблюденията в многото кътчета на Земята. После, използувайки своите уравнения, Гаус пресметнал величината на отклонението и силата на магнитното поле за деветстотин и една точки от земната повърхност и ги сравнил пак по картите с данните от непосредствените наблюдения. Съвпадението било много добро. Значи теорията и всички формули били правилни. Тях можели да ги ползуват за изчисления.

Гениалната работа на Гаус открила нова епоха в изучаването на загадката на земния магнитизъм. Това било голяма победа на човешката мисъл. Щом ние можем да предвиждаме събитията, значи сме успели да разберем закономерностите, които са ги предизвикали. Освен това Гаус разработил и много точна техника за магнитните наблюдения, която учените използуват и досега.

Но защо все пак е възникнало магнитно поле около Земята? Кой е намагнетизирал планетата? Бог? Или за източник на магнитизма служат залежите от железни руди? А може би тази чудесна сила се поражда от въртенето на планетата, както предполагал Джилберт? Гаус не се опитал да даде отговори на тези въпроси.

— Аз не съм склонен винаги или поне се стеснявам да правя предположения там, където отсъствуват основания — внимателно казвал той.

Но всесветската загадка непрекъснато напомняла за себе си. Тя не искала да се смести в железните рамки на математическите формули.