Рассмотрим принцип действия классического, электроэффлювиального ионизатора, каким является люстра Чижевского. Назван такой способ генерирования отрицательно заряженных ионов кислорода от греческого слова эффлювий – стекаю, т.е. электрические заряды “стекают” с иголки, острия – электрода, имеющего малый радиус кривизны, на который подается высокое (20…30 кВ) электрическое напряжение отрицательной полярности. Именно такие ионизаторы применял Чижевский, поэтому они еще называются электроэффлювиальными ионизаторами, электроэффлювиальными люстрами.

 

При электроэффлювиальном способе ионизация происходит под действием электрического поля высокой напряженности, которое появляется в системе из двух проводников (электродов), имеющих разные размеры, около одного электрода, с малым радиусом кривизны - острие, иголка. Вторым электродом в такой системе является сетевой провод, провод заземления, сама электрическая сеть, радиаторы и трубы отопления, водопровода, арматура стен, сами стены, полы, потолок, шкафы, столы и даже сам человек. Для получения электрического поля высокой напряженности на острие нужно подать высокое напряжение отрицательной полярности. При этом из иглы вырываются электроны, которые сталкиваясь с молекулой кислорода, образуют отрицательный ион. Т.е. отрицательный ион кислорода - это молекула кислорода О₂ с дополнительным, свободным электроном. Именно этот электрон выполнит впоследствии свою благоприятную, положительную роль уже в крови живого организма. Эти отрицательные аэроионы будут разлетаться от острия, иглы ко второму, положительному электроду, по направлению силовых линий электрического поля.

Электрон, покинувший металл острия, может разогнаться электрическим полем до такой скорости, что, столкнувшись с молекулой кислорода, он выбивает из нее еще один электрон, который, в свою очередь, тоже может разогнаться, и выбить еще один, и т. д. Таким образом может образоваться поток, лавина электронов, летящая от острия к положительному электроду. Лишившиеся своих электронов положительные ионы кислорода притягиваются к отрицательному электроду - игле, разгоняются полем и сталкиваясь с металлом острия, могут выбивать дополнительные электроны. Таким образом, возникают два противоположных лавинообразных процесса, которые взаимодействуя друг на друга образуют электрический разряд в воздухе, который получил название тихий.

Этот разряд сопровождается слабым свечением вблизи острия. На кончиках иголок ионизаторов воздуха (Люстр Чижевского), в полной темноте, можно видеть слабое свечение. Возникает этот фотоэлектрический эффект из-за того, что некоторые атомы получают от соударений с электронами энергию, недостаточную для ионизации, но переводящую электроны этих атомов на более высокие орбиты. Переходя обратно в состояние равновесия, атом выбрасывает излишек энергии в виде кванта электромагнитного излучения - тепла, света, ультрафиолетового излучения. Таким образом, на кончиках игл образуется свечение, которое можно наблюдать в полной темноте. Свечение усиливается, с увеличением потоков электронов и ионов, например, когда вы поднесете руку к кончикам иголок на небольшое расстояние 1-3 см. При этом вы еще можете почувствовать этот поток - ионный ветер, в виде едва ощутимого холодка, ветерка.

Основное назначение ионизаторов – аэроионопрофилактика – создание в помещениях оптимальной концентрации отрицательно заряженных аэроионов, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности людей, животных и растений.
Обнаружив благотворное действие отрицательных аэроионов кислорода, А.Л.Чижевский начал использовать аэроионотерапию – лечения больных с помощью ионизаторов воздуха. При этом были подробно изучены механизмы воздействия аэроионов на живые организмы. Аэроионопрофилактика отличается от аэроионотерапии режимом ионизации – временем нахождения человека в среде с определенной концентрацией аэроионов – количеством отрицательно заряженных ионов кислорода в кубическом сантиметре воздуха. Для аэроионопрофилактики характерна естественная, природная концентрация аэроионов, которая составляет от одной до десяти тысяч зарядов в кубическом сантиметре воздуха. Лечебная концентрация по Чижевскому в 20 раз больше, что соответствует электрическому составу воздуха некоторых курортов.
Кроме генерации аэроионов, электроэффлювиальный ионизатор обладает еще несколькими замечательными свойствами – очисткой воздуха от всевозможных загрязнений, нейтрализацией вредного действия экранов телевизоров и дисплеев компьютеров.
Так как ионизация воздуха благотворно влияет на все живые организмы, то она применяется и в сельском хозяйстве для стимулирования роста, производительности, здоровья животных и растений.
Одно из применений ионизаторов воздуха - для уменьшения пыли. По мнению самого профессора А.Л.Чижевского (1969 г.) аэроионификация могла быть применена:
а) для обеспыливания цехов фабрик и заводов при больших концентрациях пыли (кварцевая пыль, цемент и т.д.), для борьбы с первмокониозами и силикозом;
б) для обеспыливания герметических заводов, изготавливающих специальные приборы высокой чувствительности, при изготовлении полупроводников, вакуумных приборов, антибиотиков и т.д.
в) для борьбы с загрязнением воздуха промышленных городов путем аэроионификации фабричных и заводских труб, выбрасывающих ежедневно в атмосферу тысячи тонн драгоценных металлов;
г) для освобождения воздуха от радиоактивной пыли на атомных станциях, атомных силовых установках, в научно- исследовательских институтах по изучению ядерных реакций и т.д.
д) в космонавтике – в кислородных приборах космических кораблей, в кислородных подушках, в кислородных палатках, в кюветах для недоношенных детей;
е) для стерилизации воздуха в микробиологических, бактериологических лабораториях и боксах.
Ввиду того, что воздух внутри населенных помещений почти не содержит легких аэроионов, а загрязнен большим количеством тяжелых аэроионов (дыхательный отброс организма), необходимо аэроионофицировать жилые дома, школы, общественные здания, театры и т.д.

Конструкция ионизатора воздуха, предложенная А.Л.Чижевским, напоминала люстру. К потолку, на изоляторах, подвешиваются многоостриевые ионизирующие электроды - излучатели. Для каркаса использовался легкий металлический обод - кольцо диаметром 1000 мм, изготовленный из латунной трубки или стали. На этом каркасе натягивалась проволока диаметром 0,25..0,3 мм, по двум взаимно перпендикулярным осям с шагом 45 мм. Натянутые проволоки образуют часть сферы (сетку) выступающую вниз со стрелкой прогиба, равной 100 мм. В точках пересечения проволоки впаяны стальные булавки - острия длиной 300 мм в количестве 372 штук. Электроэффлювиальная люстра подвешивается на фарфоровом высоковольтном изоляторе к потолку помещения и соединяется шинопроводом или рентгеновским кабелем с отрицательным полюсом источника высокого напряжения, второй полюс которого заземлен.

Полярные сияния возникают в следствие бомбардировки верхних слоев атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный м южный магнитные полюса (авроральные овалы). Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается наука space physics. Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра.

В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызванны низкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы.

При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.

Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой в соответствии с барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли — авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10—16°, на ночной — 20—23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67—70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах — на 20—25° южнее или севернее границ их обычного проявления.

Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии (во время одного их зарегистрированных в 2007 году возмущений — 5x1014 джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5.

При наблюдении с поверхности Земли Полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.