Точно так же и марбургский учитель Ломоносова Христиан Вольф полагал, что причину северных сияний надо искать в образующихся в недрах земли «тонких испарениях» — сернистых и селитренных, образующих в верхних слоях атмосферы множество искр, но полностью не воспламеняющихся и потому не превращающихся в молнию. Ибо в те времена и молнию чаще всего объясняли мгновенным воспламенением подобных горючих «испарений». Северное сияние по Вольфу — как бы недоразвившаяся гроза. К Вольфу прежде всего и относится недоуменный вопрос Ломоносова, когда он спрашивает в своей оде:

Находясь в 1743 году под арестом, адъюнкт Ломоносов вспоминает и критически оценивает все, что было к тому времени высказано в науке о северных сияниях. Хорошо зная условия, в которых проявляется это явление, Ломоносов не может остановиться ни на одной из предложенных теорий.

Последнее толкование отражает складывающееся воззрение самого Ломоносова. Ломоносов первый указал на электрическую природу северных сияний, оставив далеко позади наивные домыслы и теории своих современников.

Прежде чем прийти к своей собственной оригинальной теории, Ломоносов много лет кряду вел наблюдения над северными сияниями.

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], приметил я здесь в Санктпетербурге, и сколько возможно было смерил, вышину нашед 20, ширину 136 градусов; откуда 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 в Норвегии и Канаде, вполне подтверждают эти данные Ломоносова: чаще всего сияния возникают на высоте 130–150 километров над поверхностью земли, причем простираются вверх иногда до 72 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».

Ломоносов даже предпринял попытку искусственно воспроизвести условия, вызывающие северное сияние, и для этого производил опыты со свечением разреженного воздуха в стеклянном шаре.

Ломоносов готовил большую книгу — «Испытание причин северных сияний», для которой были «нагрыдорованы» 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.

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 Кастор и Поллукс, или иначе «огни св. Эльма», появляющиеся на корабельных реях, и т. д. У него складывается представление об единстве этих явлений, 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». Ломоносов стремился поставить общую проблему электричества в природе, и притом 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».

Смелый исследовательский почин Ломоносов соединял с помыслами о непосредственном благе родины. Надо ли говорить, какое практическое значение имело изобретение громоотвода для России, когда во времена Ломоносова сама Москва несколько раз жестоко выгорала, а по деревням и маленьким деревянным уездным городкам «красный петух» то и дело скакал с крыши на крышу?

Ломоносов не только предлагал ввести в обиход новое полезное изобретение. Он должен был защищать его от суеверных нападок. Он отводил от ученых голов зловещие «перуны», готовые обрушиться на них из свинцовых туч невежества.

Против обвинений в дерзком и кощунственном испытании воли небес Ломоносов выставлял остроумные и убедительные доводы: «Не одни молнии из недра преизобилующия натуры на оную устремляются; но и многие иные: поветрия, наводнения, трясения земли, бури, которые не меньше нас повреждают, не меньше нас устрашают. И когда лекарствами от моровой язвы, плотинами от наводнений, крепкими основаниями от трясения земли и от бурь обороняемся… того ради какую можем мы видеть причину, которая бы нам избавляться от громовых ударов запрещала?»

Ломоносов защищал не только право на свободное научное исследование, но и право на науки. Ученый не должен робеть ни перед грозными тайнами природы, ни перед слепым осуждением невежд. Ломоносов славит мужей науки, великий подвиг исследования природы: «Не устрашил ученых людей Плиний в горячем пепле огнедышащаго Везувия погребенный, ниже отвратил пути их от шумящей внутренним огнем крутости. Смотрят по вся дни любопытные очи в глубокую и яд отрыгающую пропасть. И так не думаю, чтобы внезапным поражением нашего Рихмана натуру испытающие умы устрашались, и електрической силы в воздухе изведывать перестали».

5 декабря 1755 года газета «Санкт-Петербургские Ведомости» напечатала ужасающее сообщение из Парижа: «С приехавшим из Мадрита курьером получена ведомость, что первого числа ноября месяца по Гишпанским берегам и во всем Португальском Королевстве было ужасное трясение земли, от которого… больше половины Португальской столицы Лиссабоны развалилось, и тем в несколько минут около 100000 народу задавило». Каждый день приносил все новые и новые подробности этого неслыханного со времен гибели Геркуланума и Помпеи бедствия. Колеблется земля. Пламя вырывается из расселин, над городом неистовствует пожар, бушует море, и река вышла из берегов, тонут корабли, рухнул королевский дворец и здание инквизиции, откуда вырвались толпы колодников. Тысячи полунагих и обездоленных людей разбрелись по окрестным полям. Король португальский в письме в Мадрид назвал себя «королем без столицы, без народа, без денег и без хлеба». Единственно, что было в его власти, — он «приказал поделать вокруг города виселицы», дабы население знало, что правительство заботится о поддержании порядка. Узнав о таком бедствии, сердобольная Елизавета вознамерилась даже отстроить за свой счет целый квартал города и послать в Лиссабон корабли с русским лесом. Ее с трудом убедили, что тамошние жители привыкли к каменным домам и что русский лес пройдет из Архангельска до Лиссабона слишком долго.