Борис Ляпунов - Открытие мира
Уже давно известно, что над нами царство вечного холода. Солнце греет Землю, Земля — воздух. Но земная поверхность — не настолько сильная печка, чтобы прогреть на всю толщину газовое одеяние нашей планеты. Опыт летчиков, альпинистов, стратонавтов, метеорологов показывает: чем выше, тем холоднее. Каждый километр подъема дает понижение температуры на шесть градусов. На высоте десяти с небольшим километров мороз достигает шестидесяти градусов. Здесь мы вступаем в стратосферу. Дальше температура не падает. Думали, что так будет и выше, пока где-то, где исчезают последние следы воздуха, не наступит холод мирового пространства.
Впервые усомниться в этом заставили наблюдения за звуками взрывов. В первую мировую войну были случаи, когда канонаду слышали на расстоянии до семисот километров и в то же время ее не слышали где-нибудь вблизи от места стрельбы. Такими же странными явлениями сопровождались случайные взрывы пороховых складов или извержения вулканов.
Почему возникают подобные «зоны молчания»?
Известно, что звук распространяется во все стороны. Чем дальше от места взрыва, тем он слышен слабее, пока, наконец, слышимость не исчезает вовсе — звуковая волна как будто замирает. Раз звук на далеком расстоянии появляется вновь, значит путь волны, идущей вверх, искривляется и она снова возвращается на Землю.
Окончательно это явление еще не разгадано, но именно оно натолкнуло на мысль о теплых слоях в стратосфере. Ученые предположили, что там есть слой теплого воздуха, менее плотного, чем холодный. Попадая в стратосферу, звук преломляется так же, как свет, переходящий из более плотной среды — воды — в менее плотную — воздух.
Все же тепло в стратосфере казалось невероятным, и предположение решили проверить. Но как это сделать, если наиболее мощное средство разведки больших высот — шар-зонд поднимается всего на сорок километров?
На помощь пришла ракета. Она помогла разгадать тайну больших высот.
Тепло на больших высотах не выдумка. Подтвердилось многое о чем раньше говорили наблюдения за звуком и сумерками, метеорами и серебристыми облаками. Сначала температура понижается плавно и неуклонно, пока не перестает ощущаться теплое дыхание Земли. Затем наступает холодный пояс, начинается стратосфера, и температура держится примерно постоянной — в среднем пятьдесят шесть градусов ниже нуля.
Наблюдение за полетом ракеты.Но после тридцати километров появляется первый теплый пояс. Здесь расположен озоновый слой, образуемый и нагреваемый Солнцем.
Озон тот же кислород, но только в его молекуле не два кислородных атома, а три. Свежесть в воздухе после грозы — это запах озона, рожденного электрическими разрядами — молнией. В высоких слоях атмосферы невидимые ультрафиолетовые солнечные лучи дробят молекулы кислорода на атомы, которые вновь соединяются, но уже не попарно, а по три. Образуется озон. Часть его снова распадается на атомы, из них получаются молекулы кислорода. Солнце же опять делает из кислорода озон. Поэтому озоновый слой сохраняется в атмосфере постоянно.
Озона в атмосфере очень мало. Если собрать весь атмосферный озон в один слой у поверхности земли, то его толщина получилась бы всего три миллиметра. Несмотря на это, он служит чудесной газовой броней, защищающей все живое — растения, животных, человека — от губительных лучей. До Земли доходит только та их часть, которая не вредна для нас. Исчезни озоновый слой — и Земля через несколько минут обратилась бы в выжженную пустыню.
Проявлена пленка. На снимке — солнечные спектры, заснятые фотоаппаратом с ракеты на разных высотах. Чем выше был сделан снимок, тем длиннее ультрафиолетовая полоса. У самой Земли спектр как бы «обрезан». В этом виноват озоновый слой: он задерживает часть ультрафиолетовых лучей — наиболее энергичных, наиболее опасных для жизни на Земле.
Ракета в полете.Из чего состоит воздух на больших высотах? Разные газы, тяжелые и легкие, составляют атмосферу. Не естественно ли думать, что они выстраиваются по рангу: тяжелые — ближе к Земле, легкие — дальше от нее. Атмосфера слоиста — так считали одно время.
Пробы, взятые при подъемах стратостатов и шаров-зондов, поколебали такое мнение. С величайшей осторожностью доставляли на землю драгоценные кубические сантиметры воздуха стратосферы. Анализ говорил одно и то же: состав воздуха всюду почти одинаков — кислород, азот, редкие газы.
А что делается выше сорока километров, каков воздух там? Самое простое — привезти пробу оттуда. Но на чем?
Помогла опять ракета, поднявшаяся на недосягаемые ранее высоты.
Уже давно знали о том, что Солнце, источник жизни, посылает в пространство и ультрафиолетовые лучи, могущие погубить жизнь.
Солнечный луч, в котором не только видимый свет, но и невидимое ультрафиолетовое излучение, пришел к нам из мирового пространства. Каким же он был там, до путешествия сквозь атмосферу, можно узнать, только поднявшись высоко вверх.
И об этом принесли вести с больших высот приборы, поднятые на ракете.
Но не только Солнце посылает свои лучи на Землю.
Внимание человека давно уже привлекли таинственные лучи из космоса. Их назвали космическими. Охотники за ними побывали глубоко в земле и высоко над нею. Шары-зонды поднимали приборы, а радио и автоматика помогали следить за их показаниями во время полетов в стратосферу.
Многое уже удалось узнать о лучах, идущих к нам из глубины вселенной. Но, как и солнечные, эти лучи доходят к нам сквозь атмосферу. В ней терпят они различные превращения, так что имеем мы дело в конце концов с потомками «настоящих» космических лучей. Чтобы узнать о настоящих космических лучах, приборы надо поднять еще выше, не на десяток-другой, а на сотню и больше километров.
И счетчик космических частиц совершил путешествие на ракете туда, где плотность воздуха в миллион раз меньше, чем у Земли, куда не заберутся ни стратостаты, ни шары-зонды.
Плотность воздуха в миллион раз меньше, чем у поверхности Земли! Но ведь и об этом мы до недавнего времени знали лишь из расчетов да наблюдений, которые нам давала природа: метеоры, сгорающие в воздушной броне планеты, полярные сияния, сумеречный свет, серебристые облака, плавающие очень высоко над землей.
Замечено, что вспышки на Солнце, за полтораста миллионов километров от нас, отражаются на состоянии атмосферы Земли, на погоде. Но механизм таких воздействий еще не ясен. Крайне важно было бы раскрыть и эту загадку.
Ракеты, поднимая приборы туда, где солнечные лучи встречаются с воздушной оболочкой Земли, помогают узнать истину и в дальнейшем дадут возможность совершенствовать методы прогнозов погоды.
Разве не интересно для географа посмотреть, как выглядит наша планета с огромной высоты? У нас есть превосходные снимки Луны с высоты всего нескольких сотен километров. Телескоп приблизил лунную поверхность, и на фотографиях так отчетливо видны все подробности рельефа, как если бы мы наблюдали его из окна ракеты. Стратостаты привозили нам фото Земли с высоты двух десятков километров. На этих снимках Земля плоская, и надо подняться гораздо выше, чтобы лишний раз убедиться в том, что наша планета — шар, что мы жители земного шара. Снимков же нашей планеты «со стороны» не было до последнего времени. Ракеты привезли такие интереснейшие снимки земной поверхности, заснятой фотоаппаратом с высоты около двухсот километров. Сквозь вуаль атмосферы видна Земля, как на крупномасштабной рельефной карте. И ясно, что перед нами кусочек поверхности шара.
Так с появлением ракеты — нового разведчика больших высот — начался новый этап в изучении и покорении воздушной стихии.
Конечно, это все еще только начало. Трудности создания летающей лаборатории чрезвычайно велики.
Плавно поднимается вверх воздушный шар. Стратонавты могут регулировать скорость подъема, заставить стратостат остановиться, чтобы произвести наблюдения. На «потолке», в высшей точке подъема, они находятся даже не короткие минуты, а час, полтора, два. За это время многое можно успеть сделать.
Сложнее вести наблюдения с ракеты, которая мчится быстрее снаряда дальнобойного орудия, все ускоряя полет, пока работают двигатели. Приборам нужно в считанные минуты полета «поспеть» за стремительным бегом стратосферной ракеты. Манометры и термометры должны мгновенно отзываться на перемену условий полета. Всякий же измерительный прибор обладает инерцией, и его показания могут отставать, когда обстановка быстро меняется.
Отделилась головная часть ракеты, где находятся приборы.Приходится обходить эти трудности. Вместо одной величины, которую трудно прямо измерить, измеряют другую, связанную с нею математической зависимостью. Так, например, известно, что скорость звука зависит от температуры среды. И вместо того чтобы измерять температуру, можно узнать, как изменяется скорость звука при полете ракеты на разных высотах. Зная это, нетрудно вычислить и температуру.
