Последнее толкование отражает складывающееся воззрение самого Ломоносова. Его не удовлетворило ни одно из существующих объяснений, и он пошел своим путем. И этот путь оказался верным! Он первый в мире раскрыл электрическую природу северных сияний, оставив далеко позади наивные домыслы и бессодержательные теории своих западноевропейских современников. Свое объяснение северных сияний Ломоносов связывал со своей теорией атмосферного электричества и процессов, совершающихся в верхних слоях атмосферы. «Зимним временем часто случается, что верхняя Атмосфера погружением своим внезапный мороз приносит, без чувствительного дыхания ветра, после теплой погоды. Явления северного сияния зимою по большей части после оттепели случаются, так что весьма часто мороз предвозвещают или с ним вдруг приходят. Електрическое шаров трение производится в воздухе погружением верхней и восхождением нижней Атмосферы, что из вышепоказанной теории о происхождении молнии и грома известно. И так весьма вероятно, что северные сияния раждаются от происшедшей на воздухе Електрической силы». [289]

Ломоносов подметил и некоторую связь между грозами и появлением северных сияний. «Северное сияние и зарничные блистания приметил я вместе 1745 года августа 25 дня в И часу по полудни. Иногда громы и северные сияния по переменам одни за другими случаются. Например, 1748 года августа 5, 6, 9, 23 и 28 чисел были громовые сильные тучи, а 17, 18, 19 являлись северные сияния».

Прежде чем прийти к своей собственной оригинальной теории, Ломоносов много лет кряду вел наблюдения над северными сияниями, появлявшимися над Петербургом. «С 1743 года редко пропущено мною северное сияние, виденное без записи при прочих воздушных переменах. А с 1747 года я записываю обстоятельно большого внимания достойные сияния с обстоятельствами, редко случающимися, а иные срисовывал, сколько дозволяла скорость и переменчивость», — писал Ломоносов в конце жизни.

Ломоносов старался определить высоту северных сияний. В «Изъяснении», приложенном к «Слову о явлениях воздушных», он сообщает: «Северное сияние нарочито порядочное Октября 16 сего года (1753.— A.M.)приметил я здесь в Санктпетербурге и, сколько возможно было смерив, вышину нашел 20, ширину 136 градусов; откуду выходит вышина верьхнего края дуги около 420 верст». Профессор Б. Н. Меншуткин по этому поводу писал в 1936 году: «Новейшие исследования высоты северных сияний, сделанные за последние десять лет… вполне подтверждают эти данные Ломоносова: чаще всего сияния возникают на высоте 130–150 километров над поверхностью земли, причем простираются вверх иногда до 720 километров».

Во время большого северного сияния, наблюдавшегося 12 (23) февраля 1753 года, Ломоносов пытался обнаружить присутствие электричества в воздухе. Он выставил «Електрическую стрелу, которая летом громовую силу показывала», однако стрела «не подала ни единого знаку, чтоб она была хоть мало наелектризована». Через десять лет, в декабре 1763 года, Ломоносов снова сообщал Конференции, что он вел наблюдения над Aurorae borealis (латинское наименование северного сияния) и выставлял на крыше своего дома на Мойке «две стрелы» — одну железную, другую бронзовую, и на сей раз «видел движение Електрического указателя при северном сиянии».

Ломоносов даже предпринял попытку искусственно воспроизвести условия, вызывающие северное сияние, и для этого производил опыты со свечением разреженного воздуха в стеклянном шаре. «Возбужденная Електрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают и в то же время новые на их место выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется», — сообщает о своих наблюдениях Ломоносов. По его мнению, и «в северном сиянии всполохи или лучи хотя не так скоропостижно происходят по мере пространства всего сияния, однако вид подобный имеют». Подобные же опыты с воспроизведением полярных сияний стали производить только в XX веке.

Ломоносов всю жизнь продолжал собирать материалы для изучения северных сияний. В шестидесятых годах он расспрашивал о северных сияниях своего земляка груманлана [290]Аммоса Корнилова. С его слов Ломоносов записал, что на Груманте «северные сияния бывают без дуги, видны одни только сполохи; в западные ветры оные сполохи идут от запада над головою и по всему небу; во время северных ветров показываются они и на полудни, а в южные ветры являются на севере… во время восточного, восточно-южного и восточно-северного дыхания оного сияния не бывает».

Ломоносов готовил большую книгу «Испытание причины северных сияний», для которой были «нагрыдырованы» на 11 медных досках 48 северных сияний, лично уже наблюдавшихся и зарисованных Ломоносовым. Сохранился план его работы, по которому книга должна была состоять из трех частей: «Часть первая, содержащая наблюдения северных сияний: 1) о собственных наблюдениях; 2) о наблюдениях, описанных у разных авторов; 3) о наблюдениях по словесным известиям. Часть вторая. Теория Електрической силы: 1) о явлениях и действиях Електричества; 2) о Ефире; 3) о причине притягательной и отбивательной Електрической силы; 4) о причине Електрического света; 5) о причине Електрического огня; 6) о причине ударов Електрических. Часть третья. Изъяснение северных сияний: 1) о причинах Електрической силы в воздухе; 2) о силе и явлении ее в разных слоях атмосферы и выше оныя; 3) о дугах и порядочных северных сияниях; 5) о цветных северных сияниях». [291]Ломоносов хотел не только дать научное объяснение северного сияния, но и привести его в связь с другими родственными явлениями природы. Он обращает внимание на искры, которые «за кормою выскакивают», на «вечерние блистания, что просто зарницею называются», на огни Кастора и Поллукса, или, иначе, «огни св. Эльма», появляющиеся на корабельных реях, и т. д. У него складывается представление об единстве этих явлений, начиная от невинных зарниц до испепеляющей всё молнии, об их электрической природе.

Ломоносов выводил все разнообразные проявления атмосферного электричества из земных причин, подчиняя их единому принципу. Но вместе с тем он отважился поставить вопрос и о космическом электричестве. Он смело говорит об электрических явлениях в хвостах комет, хотя «сему противно остроумного Невтона рассуждение, который хвосты комет почел за пары, из них исходящие и солнечными лучами освещенные».

Ломоносовское понимание электрических явлений, его замечательные открытия и наблюдения, его глубокие теоретические выводы значительно опережали и превосходили все, что к тому времени было сделано для изучения электричества западноевропейской и американской наукой. В этом смысле дилетантские опыты Франклина не могут идти ни в какое сравнение с блестящими исследованиями Ломоносова. Франклин не задумывался над вопросом, откуда и почему возникает атмосферное электричество. Он принимал это как непреклонный факт и все свое внимание устремил на решение узкой практической задачи — изобретение громоотвода. Ломоносов стремился поставить общую проблему электричества в природе, связав ее со всей системой своих физических представлений.

Ломоносов выдвинул идею особого «молниеотвода», который привлекал бы на себя, собирал и отводил в землю «громовую силу» в местах, удаленных «от обращения человеческого», чем достигалась бы полнейшая безопасность. Для этого он предлагал ставить высокие заостренные шесты, или, как он называл их, «стрелы», «дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на их храминах силы свои изнуряла».