Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос

Первое представление об атмосфере, совпадающее с современным, было высказано в 1730 году доктором Эдмондом Хэлли, который отверг странное представление Аристотеля о кометах как об атмосферных явлениях. Хэлли довольно просто доказал, что кометы более удалены от нас, чем Луна, и что они, следовательно, находятся далеко за пределами земной атмосферы. В связи с этим неизбежно возникал вопрос, а какова высота атмосферы? Доктор Хэлли считал, что она составляет не более 72 км над уровнем моря и что атмосфера состоит из трех независимых слоев: самый нижний—простирается на высоту до 14,5 км и характеризуется постепенным падением температуры с увеличением высоты; следующий слой лежит на высоте от 14,5 до 29 км, и его основной характеристикой является равномерная и очень низкая температура. Предполагалось, что в верхнем слое, начинающемся с высоты 29 км, температура еще ниже.

Все это имеет удивительно современное звучание, за исключением того, что цифры, приводимые Хэлли, меньше современных. Хэлли не имел возможности солидно обосновать свои выводы, так как располагал лишь барометром и термометром, которые в ту пору все еще были весьма малочувствительными. Естественно, что единственным путем, позволявшим получить такие показания, был подъем с этими приборами на высокие горы. Только через 50 лет, с изобретением воздушного шара, появилась возможность подниматься в атмосферу даже в тех местах, где не было никаких гор. Новое средство было использовано без промедления. Чуть ли не первый поднявшийся в воздух воздушный шар (1 декабря 1783 года) нес с собой барометр и термометр, а ровно через год состоялся первый полет воздушного шара исключительно с целью проведения метеорологических исследований. Этот полет был организован в Англии американцем доктором Джоном Джефрисом из Бостона. Он взял с собой в гондолу шесть бугылок с дистиллированной водой, которые опорожнялись и закупоривались на разных высотах; таким образом отбирались пробы воздуха для последующего анализа. В гондоле также имелись морской компас, электроскоп, термометр, барометр и вполне надежный гигрометр для измерения влажности воздуха.

В течение последующих 50 лет проводилось очень много подобных исследований, причем иногда воздушные шары поднимались на огромную высоту. Примерно в это время был изобретен способ записывания показаний приборов на бумажной ленте, что значительно облегчило работу исследователей.

В 1874 году ученые Сивель и Кроче-Спинелли осуществили полет, поднявшись на высоту 7400 м, а в следующем году они вместе с Гастоном Тиссандье поднялись на воздушном шаре «Зенит» на 8840 м, то есть примерно на высоту Эвереста. Однако когда «Зенит» приземлился, в живых нашли только одного Тиссандье. Именно этот злополучный полет заставил метеорологов пересмотреть свою методику исследований. Ведь целью этих полетов было получение сведений о состоянии верхних слоев атмосферы, а эти сведения давали сами приборы. Метеорологи же на таких высотах оказывались вообще неработоспособными. Так почему же не запустить вверх только одни приборы, автоматически записывающие все данные? Эта идея, родившаяся в 1879 году у француза Бриссоне, была горячо поддержана всеми исследователями атмосферы. Опытные ученые могли не подвергать себя опасности, связанной с подъемом на большую высоту, да и материальные расходы становились гораздо меньшими. Все известные тогда приборы весили меньше, чем один воздухоплаватель, и это позволяло поднимать воздушные шары еще выше. Во Франции новым делом заинтересовались Гюстав Эрмит и Жорж Безансон, в Германии — профессор Ассман со своими учениками. Эрмит и Безансон начали опыты с небольшими воздушными шарами, устанавливая на них приборы, предельно освобожденные от лишних деталей. После долгих неудач им удалось к зиме 1892/93 года завершить создание первого ballon sonde — шара зонда, который был запущен 21 марта 1893 года близ Парижа и достиг высоты 15000 м. Первый воздушный шар группы профессора Ассмана был готов только к 27 апреля 1894 года. Однако словно в возмещение за потерянное время, он поднялся на рекордную тогда высоту—21 800 м.

Несколько лет спустя, в 1898 году, французский метеоролог Леон Тейсерен де Бор ввел в обиход несколько терминов, с которыми мы так хорошо знакомы сейчас. Как и профессор Ассман, он отмечал, что предположение Хэлли о существовании слоя атмосферы с постоянной температурой вполне подтвердилось его опытами. На больших высотах действительно была отмечена неизменная температура порядка —55°С (—67F); по-видимому, там отсутствовали и вертикальные потоки воздуха. Слоистость верхней части атмосферы, очевидно, заставила Тейсерена де Бора назвать ее стратосферой. [31] Strata—слой (греч.).

Слой, расположенный ниже и отличающийся постоянно меняющейся температурой и наличием восходящих и нисходящих потоков, Тейсерен де Бор, если бы он был биологом, назвал бы «пойкилотермным». [32] Пойкилотермный (от греч. poikilos—разнообразный и terma— температура, тепло) —разнотемпературный, то есть имеющий неравномерное, обусловленное средой распределение температуры. (Прим. ред.) Однако он счел вполне подходящим для обозначения этого слоя греческое слово «тропе» — превращение, изменение. Слой же, разделяющий стратосферу и тропосферу, был назван тропопаузой.

Позднее было установлено, что высота тропопаузы зависит от географической широты. Земля, как известно, не является идеальным шаром, а тропопауза делает ее еще больше непохожей на него. Кроме того, высота тропопаузы не остается постоянной в разное время года; в среднем же она составляет 6 км над полюсами, 11 км на широте 50° и 18 км над экватором.

Примерно через 20 лет после Тейсерена де Бора было установлено существование над стратосферой очень разреженного слоя, наличие которого было предсказано еще доктором Хэлли. Вследствие того что этот слой подвержен ионизации космическими лучами, он был назван ионосферой, а слой, разделяющий стратосферу и ионосферу, стал по аналогии стратопаузой.

Большой проблемой того времени являлось создание совершенных приборов. Из года в год точность и надежность приборов неуклонно возрастали: они становились более чувствительными и портативными. Усовершенствовались и аэростаты, которые поднимались все выше и выше, сначала на 10000 м, потом на 15000—20000 м и выше. [33] Рекорд высоты для небольшого аэростата с резиновой оболочкой без экипажа был установлен 8 ноября 1930 года в Германии (35900 м). Большие аэростаты с мягкой оболочкой, используемые в США с 1947 года. достигают высоты 30 500 м, а в отдельных случаях—38 000 м. (Прим. авт.) Большим недостатком аэростатов, однако, была трудность их отыскания после приземления. Вероятность отыскания приборов аэростата, запущенного на большую высоту, и сейчас еще составляет не более 50%. Единственным выходом из этого положения является передача показаний приборов по радио. Этот способ сейчас называют телеметрией, и он получил широкое применение не только в шарах зондах, но и в исследовательских высотных ракетах.