Яков Перельман - Увлекательно о космосе. Межпланетные путешествия

Шары-зонды, то есть маленькие аэростаты без пилота, несущие измерительные приборы-самописцы, удавалось пускать до высоты 36 км. Выше – до 40 км – проникали только снаряды сверхдальнобойной германской пушки в 1918 г., но стрельба эта не ставила себе исследовательских задач. Между тем верхняя граница земной атмосферы лежит гораздо выше. Полярные сияния, разыгрывающиеся на высоте 500 и более километров над земной поверхностью, говорят о том, что даже в этих отдаленных областях имеются еще ощутительные следы воздуха. О физических условиях на подобных высотах приходится заключать, исходя лишь из теоретических соображений, которые опираются на наблюдения над ходом сумерек, над свечением метеоров, над распространением волн звука и радио.

По современным воззрениям, атмосфера расслаивается по высоте на два яруса: нижний, называемый тропосферой, и верхний – стратосферу.

Такое расчленение присуще не только атмосфере нашей планеты, но также и некоторых других – например, Венеры, Юпитера, Сатурна. Различаются оба яруса главным образом по признаку распределения температуры. В нижнем ярусе, в тропосфере, температура с высотой падает примерно на ½—1° с поднятием вверх на каждые 100 м. В стратосфере этого не происходит: начиная от нижней ее границы, лежащей в среднем на высоте 12 км [55] На экваторе стратосфера начинается на высоте 17–18 км; граница ее постепенно понижается с приближением к полюсам, где она расположена на высоте 8–9 км. , до 36 км температура стратосферы остается неизменной. Замечательно, что стратосфера над экваториальным поясом гораздо холоднее, чем над умеренным и холодным поясами: в то время как у нижней границы стратосферы в экваториальных странах отмечен мороз в 70–90 °C, в полярных странах он достигает всего 50–45 °C. (Теория, предложенная советским аэрологом П.А. Молчановым, исчерпывающе объясняет это озадачивающее явление.)

Есть основания утверждать, что выше непосредственно исследованных высот (то есть выше 36 км) температура стратосферы повышается. На высоте 40 км она близка к нулю Цельсия; на высоте 50 км господствует почти комнатная температура (+17 °C), на 60 км она равна температуре человеческого тела (37 °C).

Помимо распределения температуры оба яруса атмосферы отличаются и рядом иных признаков. Тропосфера плотнее стратосферы, заключает почти всю влагу атмосферы и засорена пылью, отсутствующей в стратосфере. Август Пикар так описывает свои впечатления от пребывания в стратосфере на высоте 16 км:

Небо – самое захватывающее из того, что мы видели. Оно совершенно темное, глубоко-синее, почти черное. Так и должно быть, потому что небо содержит здесь только десятую долю той массы воздуха, который образует небо, привычное для наших глаз. Вдесятеро меньшее число молекул извлекает из белого солнечного света синюю составную часть и рассеивает ее по всем направлениям. Далее от зенита небо светлеет; к горизонту оно еще светлее… Вокруг нас голубое небо резко ограничено горизонтальной линией – границей тропосферы. Последняя видна вдали совершенно белой, подобно морю облаков. Между нами и поверхностью Земли находится 9/ 10всей атмосферы (по массе). Внизу все кажется серым на сером.

Три особенности стратосферы представляют значительный интерес, не только теоретический, но и практический: 1) слой Хевисайда; 2) слой озона; 3) космические лучи.

Слоем Хевисайда называют слой стратосферы, богатый ионизованными частицами (несущими электрический заряд) и свободными электронами. Этот газовый слой непроницаем для радиоволн – обстоятельство, имеющее первостепенное значение в радиопередаче на большие расстояния; можно сказать, что только существование слоя Хевисайда делает дальнюю радиопередачу возможной.

Слой Хевисайда расчленяется на два слоя: нижний Н-слой на высоте 100–150 км и верхний Н-слой на высоте 200–800 км. Нижний слой состоит из азота и кислорода, верхний – из водорода.

Слой озона. Озон – видоизменение кислорода; молекулы его состоят из трех атомов, между тем как молекулы кислорода составлены из двух атомов. В тропосфере озона очень мало; мнение, будто им богат воздух хвойного леса, основано на недоразумении. В сколько-нибудь значительных количествах скапливается он лишь в стратосфере, на высоте – по новейшим данным – 20 км. Озонный слой имеет исключительно важное значение для обитателей земного шара: он поглощает ту часть ультрафиолетовых лучей, которая вредна для живых организмов; следовательно, слой озона обусловливает возможность существования органического мира на нашей планете.

Космические лучи – это особый род излучения, проникающего в земную атмосферу откуда-то извне, из далеких глубин Вселенной. Источник и условия возникновения этих лучей остаются пока загадкой, несмотря на давно (с 1900 г.) ведущиеся исследования. Неясна и физическая природа этих лучей, так сильно привлекающих к себе внимание ученых [56] Установлено лишь, что часть космического излучения представляет собой поток наэлектризованных частиц (электронов). . «Космическое излучение, – говорит один исследователь, – единственное в своем роде явление в современной физике по малости вызываемых им эффектов, по тонкости методов изучения, по смелости порождаемых им гипотез и по грандиозности выводов».

Космические лучи сильно поглощаются воздушной оболочкой Земли и потому в стратосфере проявляют свое действие значительно сильнее, чем близ земной поверхности, – на высоте 16 км, например, в сотни раз.

В заключение привожу список книг на русском языке, посвященных стратосфере.

Бартельс Ю. Высшие слои атмосферы. 1932.

Бартельс Ю. Физика высоких слоев атмосферы. 1934.

Витквеич В.И. Стратосфера, ее основные свойства и методы исследования. 1935.

Молчанов П.А. Полеты в стратосферу. 1935.

Молчанов П.Л. Тропосфера и стратосфера. 1934.

Рынин Н.А. В стратосферу. 1934.

Святский Д.О. Что такое стратосфера. 1935.

Труды Всесоюзной конференции по изучению стратосферы. 1935.

Подробная литература предмета приведена: русская – в книге Святского, иностранная – в книгах Бартельса.

В связи с вопросом о возможности межпланетных сообщений интересно коснуться и другой естественно связанной с ним темы: межпланетных сношений с помощью оптических или иных сигналов. Ограничимся здесь беглой справкой.

Впервые в серьезной форме вопрос этот был поставлен в 20-х гг. XIX в. знаменитым германским математиком Гауссом. Немецкий астроном Груитуйзен, горячий сторонник обитаемости Луны разумными существами, излагал проект Гаусса так:

Вот основная идея Гаусса: нужно показать жителям Луны то геометрическое построение, с помощью которого обыкновенно доказывается Пифагорова теорема. Средство – культура земной поверхности где-нибудь на громадной равнине. Чтобы изобразить геометрические фигуры, нужно пользоваться контрастом между темными полосами лесов и золотисто-желтыми площадями хлебных полей. Это удобнее сделать в стране, где жители только временно пользуются обрабатываемой землей и, следовательно, легко подчинятся указаниям. Таким образом, выполнение данной мысли не потребовало бы чрезмерных затрат. Гаусс говорил об этом с глубокой серьезностью. Он придумал еще один способ завязать сношения с обитателями Луны. Способ состоит в применении гелиотропа – прибора, изобретенного Гауссом и могущего служить не только для измерения углов с весьма длинными сторонами, но и для передачи сигналов. По мысли Гаусса, нет даже необходимости составлять из зеркал громадную отражающую поверхность; достаточно известного числа хорошо обученных людей, с самыми обыкновенными зеркалами. Следует выбрать время, когда обитатели Луны наверное смотрят на Землю, – например, когда наша планета покрывает Венеру. Зеркала отбрасывают свет по направлению к Луне. Чтобы жители Луны узнали о нашем существовании, нужно прерывать этот свет через равные промежутки времени; так можно сообщить им числа, которые имеют большое значение в математике. Конечно, чтобы эти знаки привлекли внимание, нужно выбрать подходящий день, когда яркость света, отраженного гелиотропом, будет особенно велика. Гаусс предпочитал математические знаки, потому что у нас и у обитателей далеких миров могут оказаться общими только основные математические понятия.