Астрономия и Космонавтика Коллектив авторов - Современные достижения космонавтики (сборник статей)

Подобных вопросов возникает довольно много. Вероятно, единственный способ дать на них научно обоснованные ответы — проведение численных экспериментов, моделирующих режим нашей атмосферы в изменившихся условиях. Для этого нужно располагать универсальной физико-математической моделью атмосферной циркуляции, которая правильно описывала бы не только существующий сейчас на Земле, но всевозможные другие режимы. На каком же материале проверять такую модель? Вот здесь и оказываются полезными планетные атмосферы. Их изучение помогает нам глубже понять процессы, протекающие на Земле.

Сегодня запуск космического аппарата — это очередной, всесторонне продуманный шаг в освоении космоса и развитии космической техники, это решение большого комплекса задач научного и прикладного характера, это попытка вырвать у природы еще одну тайну.

В этом смысле вывод на орбиту искусственных спутников Земли «Прогноз» и «Прогноз-2» является весьма важной вехой в деле изучения всего многообразия механизма солнечно-земных связей.

Ценность сведений о строении и эволюции состояния атмосферы Земли, полученных с помощью космических аппаратов и высотных геофизических ракет, не вызывает никаких сомнений. За последние 15 лет осуществлена целая серия важных геофизических открытий, позволивших по-новому взглянуть на строение газовой оболочки нашей планеты, на характер физико-химических процессов, протекающих в ней, на деятельность Солнца и на свойства межпланетного пространства. В то же время мы вынуждены констатировать, что наши знания об атмосфере Земли и о поведении Солнца далеко не исчерпывающие.

Взять хотя бы вопрос о размерах газовой оболочки Земли. На какой высоте от поверхности планеты находится ее верхняя граница? Как эта граница выражена в ходе физических характеристик? Эти вопросы далеко не праздные. Ответы на них имеют большое научное и прикладное значение уже сегодня. Расчет радиационной обстановки и ее прогнозирование для обеспечения безопасности полетов космонавтов, расчет радиационного баланса системы Земля — атмосфера и радиационного баланса Земли для разработки надежных методов долгосрочных прогнозов погоды, анализ процессов трансформации солнечной энергии в атмосфере Земли для выявления основных закономерностей солнечно-земных связей — вот ряд вопросов, ответы на которые во многом зависят от достоверного определения уровня верхней границы атмосферы.

С геофизической точки зрения атмосфера — это газовая оболочка Земли, отделяющая поверхность нашей планеты от космического пространства, невозмущенного нашей планетой. При этом совершенно не оговаривается состояние, в котором должен находиться газ: в молекулярном или атомарном, в нейтральном или ионизированном, и не оговариваются факторы, оказывающие преобладающее влияние при формировании тех или иных слоев этой оболочки. То есть, при таком подходе к данному вопросу и радиационные пояса и водородная геокорона могут считаться составными частями земной атмосферы.

Что до последнего времени было решающим при определении уровня, принимаемого за верхнюю границу атмосферы? Высоты, на которые могли быть доставлены измерительные приборы, и степень совершенства самой используемой измерительной аппаратуры. Уместно вспомнить, что за последние два десятилетия верхняя граница атмосферы была передвинута с 2 тыс . км до 20 тыс . км , а в последние годы этот уровень «поднялся» еще выше. При этом за критерий в определении верхней границы атмосферы различными учеными брались частные признаки в поведении отдельных характеристик газа: плотности, электронной концентрации, характер диссоциации и рекомбинации молекул и атомов и т. д… И в каждом отдельном случае эта граница определялась довольно приблизительно, без достаточно объективных критериев. В то же время космические эксперименты весьма убедительно свидетельствуют, что такая граница в действительности существует — это магнитопауза, т. е. переходный слой, формирующийся при взаимодействии солнечной плазмы (солнечного ветра) с верхней магнитосферой на расстояниях от 10 и более радиусов Земли от ее поверхности. При этом внутри магнитосферы характер процессов определяется в основном состоянием магнитного поля Земли и действием солнечного ветра, тогда как вне магнитосферы (за магнитопаузой) — только состоянием межпланетной среды и деятельностью Солнца. То есть магнитосферу необходимо также считать частью атмосферы Земли, не беспокоясь, что верхняя граница газовой оболочки нашей планеты «отодвинется» в данном случае на 70 тыс . км и более от ее поверхности.

Другой интересный вопрос физики верхней атмосферы — вопрос о величине солнечной постоянной. Согласно сложившимся представлениям считается, что интегральная величина потока солнечного излучения, приходящего на единицу площади верхней границы атмосферы, составляет около 1,88 кал/см 2 в мин . И называется эта величина «солнечной постоянной». Она широко применяется в метеорологии и в других областях знаний, использующих данные о солнечно-земных связях.

Однако многочисленные космические исследования свидетельствуют, что величина потока солнечного излучения, приходящего к нашей планете, испытывает ряд существенных колебаний, обусловленных в первую очередь вариациями состояния солнечной активности.

Так, например, начиная с 12 декабря 1970 года было зарегистрировано значительное и продолжительное возрастание интенсивности корпускулярных потоков и коротковолнового излучения, вызванное серией мощных солнечных вспышек, прошедших 10 и 11 декабря.

В конце июля — начале августа 1972 года па Солнце была зарегистрирована серия чрезвычайно сильных вспышек. Геомагнитные эффекты, последовавшие на Земле после этих вспышек, по своей интенсивности не наблюдались уже около пяти лет.

Вполне естественно, после таких проявлений солнечной активности поток излучений от Солнца к Земле не оставался постоянным. Как свидетельствуют данные, полученные с помощью космических аппаратов «Луна-17», «Луноход-1», «Венера-7» и др., (в том числе и «Прогнозами), мощность корпускулярных потоков, обрушившихся в период указанных возмущений на Землю, а точнее на ее атмосферу, более чем в несколько тысяч раз превышает мощность среднего солнечного ветра. И это по всей видимости не предел. Отмечены были также колебания интенсивности солнечного потока в диапазоне ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей.

Выше были указаны наиболее мощные вспышки, имевшие место за последние два года. Но Солнце «дышит» постоянно, т. е. его активность непрерывно меняется. Вполне естественно, что непрерывно изменяется скорость корпускулярных потоков солнечной плазмы, изменяется энергетическое соотношение различных участков его спектра, т. е. весьма заметно меняется интегральная мощность его излучения.