Краснофлотец. 1945, май.

# 27 мая 1945 г., № 125 (22«2) ВАСНОфЛОТСКИЕ ЧТЕНИЯ ВОЗДУШНЫЙ ОКЕАН*) олысо в 1648 году было доказано, что воздух имеет вес. Если мы ввделим один кубометр воз­ духа и взвесим его (применяя специальный прибор, это сделать очень легко), то окажет­ ся, что такое количество воздуха весит около 1,3 кг. Однако на вес воздуха влияет его температура и та высота, на которой произво­ дится взвешивание. Вес столба воздуха над нами давит на поверх­ ность земли и на лкхдей, находя­ щихся на ней, с силой, рааной весу слоя воды толщиной в 10 м. Бес всей воздушной оболочки, окру­ жающей земной шар, в 13 раз больше веса всего Кавказского хребта или равен весу медного шара диа&ле'тро^м 10Q км. Как мы видим, вес этот колоссален, ат­ мосфера отнюдь не невесома, и не замечаем мы ее тяжести только вследствие приспособленности к ней своего организма. Внизу, у поверхности Земли, ат­ мосфера наиболее плотна, выше уменьшение плотности идет зна­ чительно быстрее. Состав атмосферы Интересно познакомиться с со­ ставом атмосферы, из каких газов она состоит. Мы знаем, что чело­ век для дыхания потребляет из воздуха кислород. Знаем также то, что растения дышат углеки­ слотой. Следовательно, оба эти газа присутствуют в воздухе. Но только ли они одни? Измерения показали, что в воздухе находится больше всего азота — около 78 проц. Следующим по количеству является кислород — 21 проц. Оставшаяся часть приходится на различные газы. Каждый газ в атмосфере сохра­ няет свои свойства, не смешива­ ясь с другими, и это дает возмож­ ность живым существам вдыхать из атмосферы нужные им газы. Этот состав воздуха был опре­ делен в нижних слоях. Остается ли он постоянным для всей атмос­ феры, на всех ее высотах? Так как каждый газ отличается от других по весу — один из них тяжелее, другой легче, то э.то дало повод ряду ученых (Вегенер, Гемфрис, Штермер, Вегард) высказать пред­ положение о значительном измене­ нии состава атмосферы с высотой. Наиболее тяжелые газы, по их мнению, должны располагаться внизу. К ним принадлежат азот, кислород, аргон. Более легкие га­ зы, как водород, гелий, должны занижать верхние слои атмосферы. Эти предположения предусмат­ ривали отсутствие сильных пере­ мешиваний атмосферы на больших высотах. Первый же под'ем стратостата решительно опроверг эти предпо­ ложения. До всех достигнутых высот, т. е. 22 км, где были взяты пробы воздуха, состав атмосферы оказался совершенно одинаковым и сходным с составом внизу, у поверхности Земли. Это застав­ ляет предполагать существование перемешивания воздуха до значи­ тельно большей высоты. Чрезвычайно важной составной частью атмосферы является водя­ ной пар, попадающий в нее при испарении с поверхности океана, морей, озер, рек и с поверхности Земли, откуда испаряется выпа­ дающий дождь. Часто под назва­ нием водяного пара понимают ви­ димые облака или туман. Это не­ верно. Водяной пар всегда при­ сутствует в атмосфере, но в такой же мере прозрачен, как и другие газы, и мы его не замечаем. Толь­ ко при определенных процессах водяной пар в воздухе сгущается в капли, которые и становятся ви­ димыми нам в виде облака или тумана. Количество водяного пара в воздухе резко меняется от по*) Начало см. № 112. чти полного отсутствия до 4 проц. его состава. Эта изменчивость ко­ личества водяного пара, а главное —его свойства U его влияние на нагреваиие и температуру воздуха оказывает решающее воздействие на все явления, совершающиеся в земной атмосфере, на всю погоду, наблюдаемую нами. Важно указать, что названное количество водяного пара наблю­ дается нами до высоты 10—17 км. В пределах этого слоя происхо­ дят все процессы, связанные с изменением водяного пара (туман, облака). В этом же слое происхо­ д я т все явления погоды. Солнечные лучи достаточно лег­ ко проникают сквозь атмосферу, почти не нагревая ее. Они напре­ вают земную поверхность. Зато лучи, идущие от земной поверх­ ности, почти полностью поглоща­ ются находящимся в атмосфере водяным паром. Это приводит к двум очень важным следствиям. Первым является то свойство воз­ духа, о котором мы упоминали выше, его действие, как бы одея­ ла, укутывающего Землю и пре­ дохраняющего ее от охлаждения. Это же свойство об’ясняет, по­ чему при поднятии вверх, т. е. «ближе к Солнцу», становится не теплее, а холоднее. Ведь тепло в атмосферу попадает снизу, от Земли. А так как почти весь во­ дяной пар в воздухе остается в пределах нижних 10—17 юм, то этим и об’ясняется более высокая температура этого именно слоя атмосферы н довольно равномер­ ное понижение ее с высотой до указанных высот. Выше водяного пара нет или он находится в нич­ тожных количествах. Поэтому здесь температура сильно и резко понижается. Это явление было открыто в 1904 г. Тейссераи-де-Бором. Вы­ пустив воздушные шары с прибо­ рами, о которых мы говорили вы­ ше, Тейссеран-де-Бор установил, что на определенной высоте рав­ номерное понижение температуры прекращается и дальше она остается постоянной. Таким обра­ зом был выделен нижний слой атмосферы — тропосфера и верх­ ний — стратосфера. Изменения количества водяного пара, облака и все другие явления погоды раз­ виваются в нижнем слое — тро­ посфере. Высота тропосферы, а стало быть и нижняя граница страто­ сферы различна на полюсах и экваторе, а также зимой и летом. •Над экватором высота тропосфе­ ры достигает 15—17 км, над по­ люсами — 9—11 км. Стратосферу долгое время рассматривали к^к тот слой атмосферы, где не на­ блюдаются никакие заметные яв­ ления погоды. Постоянная темпе­ ратура, отсутствие ветра, отсут­ ствие пыли, большая разрежен­ ность атмосферы, казалось, ри­ суют картину неподвижной и спо­ койной, инертной оболочки. На самом деле это далеко не так, и последующие наблюдения показа­ ли ошибочность этих представле­ ний. А дальнейшее накопление фактов и изучение более высоких слоев, повидимому, совершенно изменяют наше представление о стратосфере. „Перламутровые*1 облака Уже давно были замечены яр­ кие, так называемые «перламутро­ вые» облака. Высота их достигает 22—30 км, т. е. они. находятся в стратосфере. Богатство цветов перламутровых облаков и свето­ вых явлений в них заставлли притти к выводу, что эти облака состоят из переохлажденных ка­ пелек воды и ледяных кристал­ лов, т. е. сходны по своему строе­ нию с нашими обычными облаками в тропосфере. Стало быть, прихо* дится признать, что охлаждение Доктор фкшко-МАтфгатяческих т у к профессор Б. Л. ДЗЕРДЗЕЕВСКИЯ. водяного пара происходит и на таких больших высотах. Но при этом приходился признать и дру­ гое: то, что на таких больших вы­ сотах так же происходит иод’ем воздуха вверх, как и внизу в тро­ посфере, ибо только при этом мы можем получить охлаждение воз­ духа, достаточное для образова­ ния водяных облаков. Полеты стратостатов заставили отказаться от другого предполо­ жения. (Например, при под’еме стратостата сОсоавиахим-1» было с несомненностью установлено наличие в стратосфере на боль­ ших высотах очень сильных вет­ ров, превосходящих по скорости ветры в тропосфере. Таким обра­ зом, стратосферу нельзя рассма­ тривать ках неподвижный и инертный слой воздушной обо­ лочки. но как часть всей атмо­ сферы, неотъемлемую и неотдели­ мую от совершающихся в ней процессов. 1885 год принес новые данные, относящиеся к еще более высо­ ким слоям. В этом году впервые были замечены «светящиеся обла­ ка» — очень яркие, тонкие, про­ зрачные облака, несущиеся с большой быстротой и находящие­ ся на очень большой высоте. В 1887 году удалось точно изме­ рить эту высоту1. Она оказалась равной 70—80 * км. над поверх­ ностью земли, г а скорость обла­ ков — доходящей до 100 метров в секунду. Их происхождение об’ясняли выбросом вверх некото­ рого количества водяного пара во время извержения вулкана Крака­ тау. Однако в последующие годы светящиеся облака наблюдались еще несколько раз при других об­ стоятельствах, хотя всегда обстоя­ тельствах необычных. Они были видны после падения знаменитого Тунгусского метеорита 30 июня 1908 г. и после очень близкого прохождения около Земли кометы Галлея 18—19 марта 1910 г. В это время Земля прошла сювозь хвост кометы. Появление светящихся облаков во всех этих случаях за­ ставляет предполагать, что своим происхождением они обязаны не водяному пару, а мельчайшим вулканическим или космическим, т. е. попадающим к нам то миро­ вого пространства, пылинкам, ко­ торые освещаются Солнцем. Если предположить все же наличие на таких больших высотах водяного пара, то это приводит к чрезвы­ чайно интересным выводам. Обра­ зование облаков н в этом случае мы должны связать с под’емом воздуха. Но это не значит, что и на таких больших высотах тем­ пература должна понижаться с высотой, как и в тропосфере. Сле- довательяо, в промежуточном слое она должна быть выше. Это только предположение — до­ казательства его мы еще не имеем. Но, как мы увидим даль­ ше, целый ряд и других явлений согласно подтверждает наличие более высоких температур на этих высотах. Во всяком случае мы можем сейчас сделать вывод о существовании на высоте 60— 100 км достаточно заметной и настолько плотной атмосферы, что в ней могут разыгрываться так хорошо выраженные явления. Другим коовенньа! способом изучения верхних слоев атмосфе­ ры оказался способ звуковой. Профессор В. И. Виткевич иссле­ довал взрывы артиллерийских снарядов © Москве 9 мая 1920 г. В последующем такие исследования были произведены и*в других слу- чаях сильных взрывов, а затем взрывы стали производиться спе­ циально для изучения верхних слоев атмосферы. Оказалось, что звук от взрыва слышен в опреде­ ленной зоне вблизи Ьзрыва, дальше слышимость звука пропадает,'а еще дальше он опять хорошо слышен. При московском взрыве нормаль­ ная его слышимость отмечена в зоне радиусом 60 км, дальше идет эта зона молчания, шириной около Ю км, после чего слыши­ мость взрыва вновь повышается. Теоретические исследования это­ го явления привели к очень инте­ ресным выводам. Оказалось, что такое распространение звука мож­ но наблюдать только при его от­ ражении от верхних слоев атмо­ сферы, причем расчеты показали, что такое отражение должно быть связано с увеличением темпера­ туры. Предполагается, что отра­ жение происходит от поглощаю­ щего солнечное тепло слоя озона. Высота его достигает 40—60 км. Если принять это предположение, то окажется, что температура с высотой должна иметь приблизи­ тельно такой ход: на высоте 10— 25 км. минусе 55°—это хорошо ‘со­ гласуется с фактическими наблю­ дениями; ша высоте 30 км. — 50° что также подтверждается наблю­ дениями. Но на высоте 40 км температура должна достигать -4—15°, а на высоте 50 сом*—даже 4 -65 ° . Уже давно были использованы для суждения о свойствах и плот­ ности атмосферы метеоры. Подсчеты скорости движения метеоров, их массы, интенсив­ ности сгорания привели к интерес­ ным выводам, подтверждающим полученные ранее выводы о плот­ ности и температуре высоких слоев атмосферы. Оказалось, что возгорание и затухание метеори­ тов свидетельствует о темпера­ туре воздуха на этих высотах близкой к 4-30°. Следующим способом изучения высоких слое® атмосферы явилось явление сумерок. Арабский уче­ ный Альтгазен уже в XIII веке пытался по продолжительности суме'рок определить высоту атмо­ сферы. Он предполагал, что атмо­ сфера имеет хорошо заметную верхнюю границу и явление суме­ рок свяэы!вал с отражением сол­ нечного света от этой границы. Альтгазен вычислил высоту ат­ мосферы в 50 км. Сейчас установ­ лено, что атмосферу с заметной плотностью можно проследить до высоты 200 км. Явление сумерок известно очень хорошо и было об’яснено много столетий назад. Когда Солнце находится над го­ ризонтом, то мы, помимо прямых его лучей, получаем освещенность рассеянным светом, придающим голубой свет небу и позволяющим иметь освещенность и не под пря­ мыми лучами Солнца. Когда же Солнце опускается иод горизонт, то прямые лучи его к нам не до­ ходят. Но они освещают земную атмосферу, простирающуюся до большой высоты, и, рассеиваясь ею, попадают обратно на Землю. По Продолжительности сумерок после захода Солнца геометриче­ ским путем очень легко вычис­ лить высоту слоя земной атмосфе­ ры, рассеивающего солнечные лу­ чи, т. е. обладающего достаточной плотностью для этого. Оказа.-осЁ, что сумеречная освещенность неба уменьшается неравномерно, а тремя стадиями. Первая стадия совладает с опусканием Солнца под горизонт на 8°. Это дает среднюю высоту рассеивающего солнечные лучи слоя атмосферы в 11 км, что соответствует сред­ ней высоте тропосферы. Следующее резкое ослабление! сумеречного света наступает при опускании Солнца на 18° и дает высоту этого слоя воздуха 80 км. И, наконец, исчезновение послед­ них следов освещенности насту­ пает пра прекращении освещения Солнцем воздушного слоя высо­ той 200 им. Расчет высоты рас­ сеивающего слоя атмосферы, при дающего небу голубой свет, дал 2.000 км. Изобретение радиосвязи при- ' вело к открытию чрезвычайно любопытных явлений, имеющих непосредственное отношение к земной атмосфере. Не останавливаясь на этом во­ просе по существу, упомянем только об окончательных выво- kдах, являющихся интересными1 для нас с точки зрения определе­ ния высоты атмосферы и ее свойств. Оказалось, что в атмо­ сфере находился целый ряд хо­ рошо отражающих радиоволн «ионизированных слоев». Наибо­ лее близкий к земле ионизирован­ ный слой находится приблизи­ тельно на высоте 50 км. Второй слой, так называемый слой Кен­ неди-Хевисайда — по фамилии изучивших его ученых—лежит на высоте 80—100 км. Третий слой Апплътона расположен еще вы­ ше — на высоте 220 км., четвер­ тый слой — на высоте 300-- 350 км. Установлены случаи от­ ражения радиоволн слоями на высотах до 1.000 км. Богатые результаты были полу­ чены при изучении чрезвычайно интересного и хорошо известного явления в атмосфере — полярных сияний. Оказалось, что толчрные сияния наблюдаются на постоян­ ных высотах, причем на опреде­ ленных высотах всегда наблюда­ ются определенные типы сияний. Так называемые сдрапри», т. е. сияния, имеющие ви'д колышаще- гося ззнавеса из лучей, наблюда­ лись на самой малой высоте в 37 км, а самая большая высота их была 370 км. Второй тип поляраых сияний предста«аляют однородные дуги, в которых нельзя заметить отдельные лучи. Такое сияние лежит обычно на высотах 500— 700—1.000 км. Наблюдения над высокими по­ лярными сияниями показали суще­ ствование и на этих высотах за­ метной атмосферы. Мы постарались этим обзором различных материалов и способов изучения земной атмосферы дать краткую характеристику ее свойств и определить ее высоту. Можно считать доказанным, что высота того слоя, который еще достаточно плотен, чтобы прояв­ лять себя в различных явлениях, достигает 1—2 тыс. км. Непосред­ ственные наблюдения мы имеем только 1 э очень небольшом слое атмосферы — до высоты 40 км. Но человек будет все дальше и дальше проникать в атмосферу и получать непосредственные дан­ ные, которые позволят ему соста­ вить себе ясное представление о жизни всего воздушного океана в целом. И о " о с ^ С*оЬ_Яппльтонт Р - „ | | п 7 {1о&еркность земли ч