Мик О'Хэйр - Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого
Если предположить, что окончательная масса Солнца как белого карлика составит 0,6 нынешней, планетарные орбиты в этом очень далеком будущем увеличатся на 80 % по сравнению с нынешними – по причинам, которые упомянуты в вопросе.
С. Свирам
Индийский институт астрофизики,
Корамангала, Бангалор, Индия
Удивительно, но, несмотря на то что каждую секунду Солнце превращает в чистую энергию 4 миллиона тонн своей массы и будет продолжать сжигать водород, пока через несколько миллиардов лет не превратится в красного гиганта, оно потеряет только малую толику своей нынешней массы. Чтобы Земля сохранила свой вращательный момент, радиус ее орбиты должен увеличиваться со скоростью всего 1 сантиметр в год.
Но этого будет слишком мало, чтобы компенсировать неуклонно усиливающуюся яркость Солнца. Поэтому Земля обречена повторить судьбу своей небесной соседки Венеры и столкнуться с последствиями возникшего естественным путем парникового эффекта – конечно, если деятельность человечества не ускорит его приближение.
Майк Фоллоуз
Уилленхолл, Западный Мидлендс, Великобритания
7. Непредсказуемая погода
Небесные вилы
«Почему молния раздваивается? Каков диаметр молнии?»
Майкл Ли
Лондон, Великобритания
Молния обычно приносит на землю отрицательный заряд грозы. Отрицательно заряженная ветвь предшествует видимой молнии, направляется вниз из туч, пронзает воздух, в котором присутствуют положительно заряженные «карманы». Они возникают из-за точечных разрядов ионов, притянутых от земли мощным электрическим полем грозы.
Ведущая ветвь молнии разветвляется в попытке найти путь наименьшего сопротивления. Когда одна из ветвей приближается к земле, негативные заряды притягивают положительные ионы вертикальных объектов, таких как трава и деревья, и образуют проводящий путь между тучами и землей. Затем негативный заряд уходит в землю, начиная от нижней точки ведущей ветви молнии. Это видимый «обратный удар», свечение которого движется вверх, а заряд – вниз. Ответвления главной ветви, которым не удалось дотянуться до земли, раскаляются сильнее, когда их заряды направляются в главную ветвь.
На снимках толщина ветвей молнии часто выглядит увеличенной из-за передержки пленки. Судя по следам на объектах, поврежденных ударами молнии, диаметр ее ветви составляет 2–100 миллиметров.
Р. Саундерс
Группа физики атмосферы,
Манчестерский университет, Великобритания
Море волнуется
«Какой механизм преобразует энергию ветра в непрекращающуюся череду океанских волн? От чего зависит их амплитуда и частота?»
Фрэнк Скахилл
Истонвилл, Новый Южный Уэльс, Австралия
Когда ветер дует над поверхностью воды в море, образуется легкая рябь. Волны, возникающие при сильных порывах ветра, беспорядочны, не имеют ни определенного направления, ни постоянной частоты.
При ветре наблюдаются два явления. Во-первых, волны взаимодействуют друг с другом, образуя более длинные волны с низкой частотой. Во-вторых, ветер подталкивает эти волны и придает им новую энергию. Пока продолжается буря, под влиянием ветра волны будут расти, а динамика волн – развиваться таким образом, что длина волн станет увеличиваться.
Некоторые слишком крутые волны разбиваются, но суммарное количество энергии продолжит расти. Волны, возникающие в определенных точках, называются ветровыми. Их энергия зависит от того, как долго дует ветер (продолжительность) и на каком расстоянии (длина нагона). Волны на поверхности моря – не просто последовательность волн, а сложная поверхностная структура.
Такой сложной системе невозможно просто придать амплитуду и частоту. Значимая высота волны – средняя высота самой высокой третьей волны – служит для описания величины волн, а пиковый период между доминирующими или наиболее интенсивными волнами является критерием оценки частоты. В среднем каждые три часа появляется волна, по высоте дважды превышающая значимую.
В конце концов энергия, приданная морю ветром, будет уравновешена потерями энергии, в основном в полосе прибоя. В этот момент волны перестанут расти – это явление называется полностью развитым волнением. При ветре силой 20 метров в секунду (8 баллов) высота значимой волны при полностью развитом волнении достигнет 9 метров, а пиковый период составит 15 секунд.
Волны могут преодолевать тысячи километров от места зарождения. В отличие от световых или звуковых волн, скорость морских волн увеличивается вместе с длиной, а частота уменьшается.
Волны, ускользнувшие из зоны шторма, называются зыбью. У них меньше диапазон периодов и почти правильные волновые серии. Поскольку им не сообщается энергия, она не рассеивается при разбиении волн, и они продолжают путь по океану, пока не достигнут суши.
Ввиду изменения частот при разных скоростях волн зыбь делится на обособленные компоненты, путешествуя по океану. Значимая высота волны и пиковый период зыби определяются скоростью ветра, продолжительностью и нагоном, характерными для шторма, создавшего эти волны.
Питер Чалленор
Саутгемптонский океанографический центр,
Гемпшир, Великобритания
Энергия ветра поначалу поднимает ветровые волны. Ветровые волны круче и беспорядочнее, чем зыбь, для них характерны барашки и пенистые гребни. Чем дольше дует ветер, тем длиннее преобладающие ветровые волны.
Когда ветер прекращается или ветровые волны покидают зону возникновения, образование барашков некоторое время продолжается, его сопровождает удлинение волн, пока они не утратят крутизну, необходимую для формирования барашков. Ветровые волны превращаются в зыбь.
Поверхностным волнам в жидкости свойственно рассеиваться – это означает, что волны разной длины перемещаются с разными скоростями. Чем длиннее волна, тем быстрее она перемещается и первой достигает наблюдателя.
Со временем длина зыби становится все короче, ее место занимают короткие волны. Зыбь от шторма, сформировавшегося за тысячи километров, может сохраняться несколько дней, но в конце концов укоротится из-за дисперсии.
Дисперсия действует как фильтр, поэтому только зыбь узкого диапазона может присутствовать в одной зоне океана в один период времени. Именно поэтому зыбь выглядит такой одинаковой, если смотреть на нее с самолета.
Обычно амплитуда зыби снижается при выходе из зоны волнообразования, поскольку энергия распространяется по значительному участку океана.
Но это еще не все. Следующий ветер поднимет ветровые волны, часть энергии которых передастся зыби и увеличит ее амплитуду, не меняя длины волны. Точно так же ветровые волны в обратном направлении могут уменьшить амплитуду зыби.
Джон Рид
Бывший сотрудник лаборатории Хобарта при отделе морских исследований,
Тасмания, Австралия
Темное дело
«Почему облака темнеют и приобретают темно-серый цвет перед дождем или сильной грозой?»
Мэтт Бурк
Грейсвилл, Квинсленд, Австралия
Пушистые белые облака темнеют перед дождем потому, что впитывают больше света.
Обычно облака выглядят белыми, когда свет, проходящий сквозь них, рассеивает мелкие частицы льда или воды, из которых они состоят. Но когда размер этих частиц льда или воды увеличивается, как бывает перед дождем, рассеивание света постепенно заменяется поглощением.
В итоге гораздо меньше световых лучей доходит до наблюдателя, находящегося на земле, а облака превращаются в темные тучи.
Кит Эпплярд
Данди, Тейсайд, Великобритания
Очки-хамелеоны
«На стекла моих очков нанесено фотохромное покрытие. Под палящим карибским солнцем очки были лишь слегка затемнены. Но при слабом зимнем солнце в Великобритании они почти совсем почернели. Почему?»
Джефф Ландер
Уитвик, Лестершир, Великобритания
Мы приводим два объяснения: физическое и химическое. По-видимому, потемнение стекол связано в первую очередь с химическими реакциями. – Ред.
Могу только предположить, что автор вопроса гулял под карибским солнцем, а не жарился на пляже. Значит, его случай можно объяснить следующим образом.
Зимой в Великобритании солнце не поднимается высоко, его лучи направлены почти прямо на вертикальную плоскость линз и перпендикулярно им. В тропиках солнце висит чуть ли не над головой, и, если автор не лежал на пляже, солнечные лучи попадали в верхний край его очков. Им доставалась лишь малая толика светового излучения, поэтому очки не потемнели.
Чарльз Клюпфель
Блумфилд, Нью-Джерси, США
Оптики обычно забывают упомянуть одну деталь: фотохромное покрытие на очках не действует в жарком климате. Частицы галогенида серебра, нанесенные на стекло, обычно прозрачные, но под действием ультрафиолетового излучения распадаются на галоген и металлическое серебро, от которых темнеют линзы.
