Ионизировать атомы, то есть отрывать от них электроны, могут только быстрые, энергичные частицы: осколки разрушенных атомов и ядер, быстрые электроны, кванты света и даже нейтральные атомы, правда обладающие большой кинетической энергией.

Проводимость газа вызывается проникающими космическими лучами, радиоактивным излучением и квантами света. Эти частицы, произведя ионизацию атомов, образуют свободные носители зарядов. Не следует думать, что число ионов при длительном облучении непрерывно возникает. Одновременно с ионизацией идет процесс рекомбинации ионов, то есть образование нейтрального атома из положительного иона и электрона. Чем больше образуется заряженных частиц, тем больше вероятность их встречи и тем быстрей идет процесс рекомбинации. Поэтому после начала облучения газа в нем наступает равновесие, при котором число вновь образующихся пар ионов будет в среднем равно числу рекомбинированных атомов, и в газе будет находиться некоторое постоянное количество ионов.

В атмосфере Земли всегда имеются ионы. Их насчитывается примерно 102—10 ионов в кубическом сантиметре воздуха. Это очень немного, учитывая, что в этом же объеме находится примерно ЗТО19 нейтральных молекул. На больших высотах газ уже ионизирован значительно сильней. Коротковолновое излучение Солнца, а также первичные космические лучи, в основном не достигающие поверхности Земли, образуют на высоте 100 километров большое количество ионов. Их там присутствует уже 108 в кубическом сантиметре.

Незачем здесь подробно рассматривать явления, происходящие в газовом электрическом разряде. Об этом можно прочесть в других книгах. Нам важно знать, что если взять стеклянную трубку с разреженным газом и с впаянными в ее концы электродами и подать на них высокое напряжение, то газ значительно изменит свои свойства. Наряду с нейтральными атомами и молекулами в нем появятся заряженные частицы. Такой проводящий газ физики получили еще до того, как узнали о строении звезд. И это особое состояние вещества — четвертое состояние — они назвали плазмой.

В твердых телах атомы и молекулы прочно закреплены на своих местах. В жидких — хотя их свобода и стеснена — они могут передвигаться свободней. Полную свободу атомы приобретают только в газах. Однако заряженные частицы в этих трех состояниях вещества не свободны. Их положение внутри атомов определено электростатическими силами. Но в четвертом состоянии — плазме — эти силы изменились и у заряженных частиц появилась новая степень свободы. В любых направлениях могут отдельно передвигаться электроны и положительные ионы. Произошло деление атомов вещества. И оказалось, что и на Земле имеются кусочки звезд. Плазму мы находим в грозовых молниях, электрических искрах, в неоновых рекламах. Вот проехал троллейбус, и на перекрестке, где нарушился контакт троллей с проводами, вспыхивает ярко-зеленая плазменная дуга. Ночью на центральных площадях и улицах Москвы светло почти как днем: это «горит» звездное вещество, заключенное в лампах сверхвысокого давления.