Очерки о Вселенной
Шрифт:
Рис. 95. Строение земной атмосферы
Характер звуков при полете болидов говорит нам многое о плотности верхних слоев атмосферы.
Хорошую возможность изучения воздушных течений в высоких слоях атмосферы нам доставляют следы, остающиеся в небе после полета ярких метеоров и болидов; 20-80 км - вот их высота над нашими головами.
Сколько времени видны пылевые следы, зависит от условий освещения и от количества вещества, превращенного в мельчайшую взвешенную в воздухе пыль. Играют тут роль и воздушные течения, разносящие пылинки в стороны и «заметающие» след болида. В исключительных случаях след болида бывает видим в течение 5-6 часов.
Серебристые следы, видимые ночью после пролета быстрых и ярких метеоров, имеют другую природу, - они газовые
Непрестанная ионизация воздуха метеорами способствует поддержанию на высотах от 80 до 300-350 км над Землей ионизованных слоев. Основная причина их возникновения - ионизация воздуха солнечными световыми (ультрафиолетовыми) и корпускулярными лучами (потоками наэлектризованных частиц).
Может быть, не все знают, что именно этим слоям мы обязаны тем, что на коротких волнах можно переговариваться с любителями-коротковолновиками, живущими на Малайском Архипелаге или в Южной Африке. Радиоволны, излучаемые передатчиком и падающие на эти слои под определенным углом, благодаря его электропроводности отражаются как от зеркала. Они не уходят в мировое пространство, а, отразившись вниз, почти с полной силой принимаются где-либо очень далеко от передающей радиостанции.
Это явление отражения радиоволн связано и с длиной радиоволны. Можно изучить плотность ионов в электропроводящем атмосферном слое, меняя длину волны и определяя, когда радиопередача прекратится, т. е. когда радиоволны не отразятся, а ускользнут из земной атмосферы. Другие радионаблюдения позволяют следить за высотой слоев, которая несколько колеблется.
Как и можно было ожидать, обнаружено, что изменение числа метеоров, влетающих в атмосферу, и даже появление отдельных ярких болидов меняет силу радиоприема на коротких волнах, вызывая быстрые, кратковременные изменения электропроводности воздуха благодаря его ионизации на высотах 50-130 км. Большие возмущения в силе радиоприема далеких станций были, например, отмечены на Слуцкой обсерватории под Ленинградом в часы метеорного дождя Драконид 9 октября 1933 г.
Так радиосвязь неожиданным образом реагирует на появление бренных остатков комет, светил, казалось бы, таких безразличных для повседневных дел на нашей Земле!
Девяносто лет назад известный московский астроном В. К. Цераский случайно заметил летом необычные серебристые облака, светившиеся на ночном небе в северной его части. Это не могли быть обычные облака, плавающие не выше 8, в крайнем случае 12 км над Землей. Если б это были они, то Солнце, находящееся под горизонтом, не могло бы достать их своими лучами и заставить так ярко светиться. Это должны были быть необыкновенно высокие облака. И действительно, сравнение зарисовок их положения на фоне звезд, сделанное одновременно с двух разных мест (В. К. Цераским и А. А. Белопольским), позволило первому из них впервые доказать, что эти облака разгуливают на высоте 80-85 км. С тех пор их наблюдали не раз всегда летом и в северной части неба, вблизи горизонта, так как даже на такой большой высоте и только при этих условиях солнечные лучи могут их осветить из-под горизонта.
Эти ночные «светящиеся» или «серебристые» облака, как их называют, упорно держатся всегда на высоте 82 км. Быть может, эти облака, лежащие близ нижней границы погасания метеоров, образованы кристалликами льда, намерзшими на пылинки.
Рис. 96. Светящиеся, или серебристые облака, находясь на большой высоте, освещаются лучами Солнца, находящегося под горизонтом. (Фотография сделана в Свердловске в 1928 г.)
Что в воздухе на высоте 80 км, где он, казалось бы, должен быть так «чист» (вспомните чистоту воздуха хотя бы в горах!), есть пыль, это еще, казалось бы, куда ни шло. Но что бы вы подумали, если бы вам кто-либо сказал о металлической атмосфере над нашей головой!
Мы справедливо отвергли наивные представления древности о «небесной тверди», о «хрустальных небесах» над нашей головой
В самом деле, в 1938 г. спектроскоп в руках французских астрофизиков Кабанна, Дюфэ и Гозй с убийственным хладнокровием показал, что в спектре ночного неба постоянно есть известная желтая линия натрия и линии кальция. Кроме этих металлов, ученые надеются обнаружить в атмосфере еще алюминий и даже железо! (Кстати сказать, чтобы получить спектр света ночного неба, которое и так-то кажется почти черным, т. е. почти не испускающим света, приходится делать многочасовые экспозиции.) Металлы, найденные в атмосфере, относятся к высоте 130 км над Землей и, конечно, никакого твердого купола не образуют. Отдельные атомы названных металлов единицами насчитываются среди многочисленных молекул крайне разреженного воздуха на этой высоте. По-видимому, атомы металлов рассеиваются в атмосфере при испарении метеоров и светятся при соударении с другими частичками. В самом деле, так или иначе, а продукты испарения метеоров, т. е. по преимуществу атомы тяжелых элементов, должны не только оставаться, но и накапливаться в атмосфере. Будут ли они там светиться или нет - это вопрос особый, но нет никаких причин, чтобы, рассеиваясь на высоте порядка сотни километров, они могли тотчас же опуститься на землю.
Рис. 97. Две фотографии яркого метеорного следа, полученные с перерывом в несколько минут Д. Дебабовым на Чукотке (1941 г.)
Итак, метеорное вещество есть везде, оно лежит у нас под ногами, оно непрерывно путешествует в пространстве, оно висит у нас над головой.
Изучение метеорных явлений дало много ценного для познания стратосферы. Не все из этих выводов, как, например, первые выводы зарубежных ученых Линдемана и Добсона, являются бесспорными в очень молодой науке о движении метеоров в атмосфере, но они все же иллюстрируют, какие возможности тут открываются перед нами. А выводы эти вот какие. Исходя из своей теории свечения метеорных тел в атмосфере, рассматривающей взаимодействие с воздухом летящего метеорного тела, упомянутые авторы в 1923 г. объяснили особенности в распределении по высоте точек погасания метеоров и заключили, что на высоте около 60 км воздух сильно нагрет. Они вычислили там температуру, и она оказалась равной +30°, а позднейшие вычисления привели даже к температуре 110°. (Не будем говорить, что на этой высоте температура оказалась выше точки кипения воды, потому что при тех малых давлениях воздуха, какие имеют место в стратосфере, температура кипения воды много ниже, чем 100° С.)
Рис. 97. Две фотографии яркого метеорного следа, полученные с перерывом в несколько минут Д. Дебабовым на Чукотке (1941 г.)
Это открытие явилось сюрпризом, потому что непосредственные промеры температуры до высоты в 30 км показывали сначала быстрое падение температуры с высотой, а с 11 км (нижней границы стратосферы) начинался слой с почти постоянной температурой в 50° мороза, независимо от времени года и климатического пояса местности. Вернее говоря, стратосфера ведет себя даже «шиворот навыворот»: зимой, даже в полярных странах, ее температура около -45°, а летом и в тропиках около -90°. Тропосфера, или нижний слой земной атмосферы, характеризуется падением температуры с высотой и над экватором распространяется выше (до 15-16 км), чем у полюсов Земли (9-10 км). Эта верхняя ее граница - конец изменения температуры - и определяет начало стратосферы, до известной степени объясняя неожиданное распределение температуры стратосферы по климатическим поясам, так как температура стратосферы равна температуре верхней границы тропосферы. Сезонные же и неожиданные изменения ее температуры тоже связаны с сезонным изменением в высоте границы тропосферы, так как воздух нагревается преимущественно снизу, землей, а зимой земля менее нагрета и прогревает атмосферу до меньшей высоты.
Изучение метеоров неожиданно открыло существование нового повышения температуры с высотой, как говорят, верхней температурной инверсии в стратосфере. Стратонавту, поднявшемуся в меховом костюме в стратосферу, если он сможет подняться выше 40 км, будет, пожалуй, труднее защищаться от жары, которая сменит там 50-градусный мороз, господствующий ниже.
Существование верхней температурной инверсии подтверждается изучением торможения метеоров по фотографиям с вращающимся сектором. Это торможение уменьшается в той самой области, где предположено повышение температуры, как и должно быть. В последнее время температура +50° С на высоте 60 км найдена и прямыми измерениями при помощи приборов, установленных на ракетах, запускавшихся в стратосферу.