стве вертикальной скорости шара-пилота приблизительно правильно только для небольших высот—до
5—6 км. Для последования скорости и направления ветра до больших высот применяется более сложный способ: шар-пилот наблюдается одновременно с двух пунктов, расстояние между которыми точно известно. Тогда для каждого момента наблюдения можно точно рассчитать высоту шара-пилота и пололсенио его проекции, не делая никаких допущений о постоянство вертикальной скорости шара-пилота. Такой метод исследования носит название «наблюдения с базиса». При помощи подобных лее наблюдений с базиса была определена высота различных форм’облаков, высота загорания метеоритов, высота полярных спяппй и прочие.
При ночных наблюдениях к шару-пилоту подвешивается фонарик со свечей или электрической лампочкой. При низкой облачности, когда шарпилот быстро уходит за облака и не может быть виден, к нему подвешивается маленький радио-передатчик, дающий через определенные промежутки времени сигналы, которые и принимаются при помощи пеленга-ториых установок, расположенных по концам базиса.
Для изучения распределения с высотой температуры и влажности в верхние слои атмосферы поднимают так называемые метеорографы—приборы, которые на одном и том же цилиндре, обернутом закопченной бумагой и вращаемом часовым механизмом, записывают изменения давления, температуры и влажности. Приемником давления служит аиероидная коробка, или коробка Бурдона; приемником температуры служит биметаллическая пластинка, которая при изменениях температуры изменяет свою кривизну; наконец, приемником влажности служит пучок человеческих обезжиренных волос (смотрите гигрометр, XIV, 481); каждый из приемников все свои изменения передает при помощи си
стемы рычагов на перо, записывающее на вращающемся цилиндре ход измеряемого элемента.
Расчет высош производится по формуле:
Я=18401,2 (1 + 0,00366<) (1 +
+°.378еМ;.
где II—искомая высота в м, I — средняя температура слоя воздуха, е — средняя упругость водяного пара, и р—давление воздуха соответственно у земной поверхности и на высоте II. При более точных расчетах вводится поправка на изменения силы тяжести в зависимости от широты.
Соответственные точки других кривых дают возможность рассчитать длялюбой заданной высоты значение температуры и влажности.
При исследовании до небольших высот в несколько км метеорографы поднимаются на змеях. Наиболее простая и совершенная форма змеев, принятая во всех обсерваториях мира— форма коробчатая (смотрите чертёж 3). Змей представляет собой коробку без крышки и дна, в которой верхняя и нижняя треть боковой поверхности обшиты туго натянутой легкой материей. Метеорограф помещается внутрь верхней обшивки змея или подвешивается ниже его прямо на стальном троссе. Наибольшая высота, достигнутая па змеях, 9.750 м. Метеорограф может быть также поднят па самолете, на котором он закрепляется вдали от мотора между двумя плоскостями крыла или под крылом. При исследованиях до больших высот метеорографы поднимаются на оболочках, сделанных из легко растягивающейся резины, диаметром от 1 доЗ-х метров в нераздутом соЛоянии. Вверху идет шар, наполненный водородом, под ним па расстоянии нескольких метров на крючке подвешен парашют; под парашютом подвешен метеорограф. После того как шар, достигнув известной высоты, разорвется, вся система начинает падать, причем оболочка шара отделяется от парашюта1 и падает самостоятельно; прибор лее медлопно опускается вниз на раскрывшемся парашюте. При приборе имеется письмо с просьбой к нашедшему переслать прибор в выпустившую его обсерваторию. Этот метод дал возможность поднять метеорографы до высоты 37 км. Это наибольшая высота, до которой доходили приборы человека. Па шарах-зондах были подняты приборы, которые автоматически регистрировали не только давление, влажность, температуру,1 но и другие геофизические элементы: напряжение солнечной радиации, интенсивность проникающейрадиации и др.; кроме того, шары-зонды приносили с различных высот пробы воздуха. Преимущество метода шаров-зондов заключается в возможности достижения больших высот, недоступных пока для подъема человека, и в сравнительной дешевизне каждого подъема. Особая международная комиссия по исследованию высоких слоев атмосферы устанавливает так называемые «международные дни», в которые шары-зонды выпускаются одновременно во всех обсерваториях мира. Такие исследования дают возможность изучать строение и физические свойства атмосферы в целом. Недостаток метода шаров-зондов состоит в том, что приходится ждать, когда прибор будет случайно найден и возвращен обсерватории; сведения о результатах подъема получаются иногда через несколько месяцев после выпуска шара-зонда. Кроме того, в местах, имеющих малую населенность, в полярных странах, в пустыне, в горных местностях, над морем и т. и. нет надежды на нахождение и возвращение прибора.
Поэтому Гольцман, Фреймам, Гекк, Зюдек и Дуккерт разработали метод раОио-зоида. Принцип прибора заключается в том, что к обычному метеорографу присоединяется радиопередатчик, который непрерывно передает значения измеренных элементов. Новейшие немецкие конструкции дают возможность принимать на земле не только отдельные значения, но непосредственно записывать кривую киждого измеряемого элемента. 11а чертёж 4 мы имеем такую запись кривых температуры, влажности и давления; под каждой кривой идут контрольные прямые для обработки полученных данных.
Для исследования атмосферы пользуются такясо более сложным методом подъема приборов на свободных аэростатах с наблюдателями. В прошлом столетни во всех странах былосовершено большое количество таких подъемов; огромное большинство их по достигнутой высоте не превосходит 7—8 км.
Впервые до границы стратосферы поднялся Шпрунг, который в 1901 г. достиг высоты 10.800 м. В 1927 г. Грэй достиг высоты 12.945 м. В 1930 г.
„„ваш»»“1“
||1ЯиМ11т11|1||||||Ч|||1111|1111111|1,|И
Темперлтурл
iiiii —iiiiiKiii ш linn I .iiiii i»i“iiiif твикаи
ii’“1“ Длвлепие
У _
/-91 фНКООВЮ
ышМШП11иП||11|||Я||Ш||1Ш1П1ПШ11иПШ1Л11!П11ПВМ1П1ППШ1аПП11|П< /)ИПИЯ
Si,., Влажность
Синхроннаялиния.
Чертёж А.
в Америке на самолете была достигнута высота 13.157 м. Эти полеты находятся на границе возможного, выше которой даже подача кислорода для дыхания не обеспечивает безопасности полета. Грэй, попытавшийся побить свой рекорд, возвратился мертвым. Только Пикару в 1931 г. удалось достигнуть небывалой высоты 16.000 м, по для этого Пикар применил новый метод: свой полет он совершил в замкнутой металлической шарообразной гондоле. В 1932 г. Пн-кар при втором пологе достиг высоты 16.370 л.
t
26 ноября 1933 г. Сэттль поднялся в Экропе (Америка) до высоты 17.678 м. Однако, наиболее высокие подъемы на стратостатах совершены в Советском Союзе, t В 1933 г. в СССР было построено два высотных аэростата: «СССР» и «0АХ1». Гондола стратостата «СССР» была сделана из кольчугалюминия толщиною в 2 миллиметров] для устранения резких колебаний температуры гондола была снабжена изоляционной обшивкой. Диаметр гондолы 2,3 м. Внутри гондолы были сделаны специальные стойки, которые служили для подвески гондолы. Под гондолой был расположен камышевый амортизатор-подставка, внутри которой были расположены .мешки с балластом. Оболочка стратостата «СССР» была сделана из однослойной материи; снаружи она была окрашена алюминиевым порошком, внутри была покрыта слоем резины толщиной в 0,03 миллиметров, причем этот тонкий слой накладывался в 25 штрихов, то есть состоял из 25 тончайших слоев. Общий вес оболочки был равен 1.125 килограмм. Диаметр оболочки стратостата при полном наполнении был равен 36 метров.
Экипаж стратостата «СССР» состоял из трех человек: начальника — Г. А. Прокофьева, нилота—Э. К. Бирп-баума и К. Д. Годунова. Пилот Бирп-баум является одним из лучших воздухоплавателей Советского Союза. Достигнутая высота была равна 19 км. Во время полета был выполнен ряд научных наблюдений: были взятыпробы воздуха па различных высотах, определялась температура и влажность воздуха и температура газа внутри оболочки стратостата, измерялась интенсивность космических лучей и нр. Из результатов, полученных при подъеме, весьма существенное значение имеет то. что состав атмосферы на высоте 19 км оказался таким же, как в у земной поверхности.
Второй стратостат «ОАХ 1» по техническим данным был рассчитан на еще большую высоту, чем стратостат «СССР». Общий вес системы был 2.480 килограмм. Полная подъемная сила газа была 2.600 килограмм; зона выполнения объёма была па высоте 17.700 м. Зопа равновесия была на высоте 19.500 м. На этой высоте полная подъемпал сила газа была равна весу всей системы, то есть 2.480 килограмм. Пилот сбросил еще 360 килограмм балласта и достиг высоты 22 км. Это и была наибольшая отсчитанная по альтиметру высота.
Экипаж стратостата состоял из трех лиц: командира, выполнявшего полет — инжепера-пилота П. Ф. Федо-сеепко, инженера А. Б. Васенко и И. Д. Усыскипа.
Во время полота изучалась интенсивность космических лучей, было взято 20 проб воздуха, велись обширные исследования по аэронавигации. Однако, полет окончился трагически. В управлении стратостатом, невидимому, были допущены ошибки. Кроме того, стратостат попал в тяжелые метеорологические условия; он был отнесен от места старта на расстояние около 500 км и с большою скоростью упал на землю. Весь экипаж стратостата погиб; большинство научных приборов оказались разбитыми. На стратостате оказалось неизрасходованным 220 килограмм балласта и 200 килограмм аварийного балласта (приборы и личные вещи).
Указанные рекорды высоты, поставленные стратостатами «СССР» и «ОАХ 1», до этих пор являются непревзойденными.
Основными задачами, которые исследуются при помощи стратостатов, являются задачи аэронавигационные, то есть изучение работы всех приборов, которые должны будут обслуживать самолет в новых условиях малой плотности воздуха, низкой температуры, измененного состава воздуха и солнечной радиации. Кроме того, необходило изучение условии работы летчика в замкнутой кабине или в особом скафандре, условий связи, условий аэронавигационной работы, аэрофотосъемки и т. и. Решение этих вопросов создает базу для построения будущей суиервысотной авиации. Впрочем, Пикар в качестве основного вопроса научной работы при своих подъемах на стратостате ставил вопрос изучения проникающей радиации.
Увеличивая объём стратостатов, мы получаем возможность достижения больших высот. Однако, желая увеличить достигаемые высоты, мы встречаемся с очень большими затруднениями. Так, например, при подъеме до 20 км стратостат увеличивает свой объём, примерно, в 13 раз. При подъеме же до 30—40 км стратостат должен увеличить спой объём соответственно в 80 и 380 раз, то есть нарастают столь большие технические трудности, что для достижения больших высот приходится искать другого метода.
Таким методом подъема человека в верхние слои атмосферы и далее в мировое пространство является ракета. Ракетный двигатель не только не связан с необходимостью наличия воздуха, но, наоборот, в безвоздушном пространстве такой двигатель работает лучше. Впервые Циолковский дал теоретическое обоснование ра-кетпого двигателя. В настоящий момент имеется уже большое количество не только теоретических, но и опытных работ. В 1928 г. Штаммер подымался на самолете, который двигался при помощи ракет. Опыты с ракетопланом в том же 1928 г. производил Оинель. Удачные опыты подъема ракетоплана произвел Катанео. Юнкоре применил ракеты в качестве тормозного приспособления для уменьшения длины пробега самолета прн взлете и при посадке. Макс Вальер построил реактивный ракето-автомо-биль и достиг на нем скорости
260 км/час. Вальер погиб при взрыве подготовленной к опытам ракетной дрезины.
Таким образом на смену стратостату и стратоплану с его огромными скоростями идет ракета со скоростями 2.000 и более км в час.
Изучение физического состояния высоких слоев атмосферы можно вести также при помощи изучения траектории звукового луча. Многочисленные наблюдения показали, что звуковые лучи, уходя вверх в атмосферу, могут при известных условиях испытывать полное внутреннее отражение-и возвращаться к земной поверхности. Такие явления наблюдал в маленьком масштабе Гиллер в Штутгарте. Между его квартирой и ратушей находилось препятствие высотою в 110 м. Гиллер заметил, что в те дпи, когда наблюдался сильный попутный ветер (западный) или когда на высоте около 250 м наблюдалось растекание дыма из труб соседних фабрик, что указывало на наличие температурной инверсии, — в этих случаях Гиллер слышал колокольный звон ратуши; в остальных случаях звон этот слышен не был. Очевидпо, звуковые лучи, уходя вверх в менее плотные слои, все более и более отклоняются от нерпепдикуляра к границе раздела слоев с различными плотностями. Достигнув инверсионного слоя, лучи испытывают столь сильное отклонение, что оказываются падающими на следующий слой под углом большим предельного, испытывают полное внутреннее отражение и возвращаются к земной поверхности. Попытка использовать звуковые сигналы на море в туманную погоду показала черезвычайную слолшость. хода звуковых лучей. Прн различных состояниях погоды дальность слышимости звука меняется иа расстоянии многих километров. Подобные же явления в очень больших масштабах наблюдаются при взрывных волнах.
Звуковые лучи уходят в высокие слои атмосферы и, испытав полное внутреннее отражение, выбрасываются на земную поверхность на очень большом расстоянии от источников звука.
На прилагаемом чертеже 5 даны
зоны слышимости, полученные В. Внт-кевичем для московского взрыва артиллерийских складов, происшедшего 9-го мая 1920 года. Мы видим, что Москва окружена кольцом прямой слышимости, радиус которого достигает СО км. Далее идет зона молчания шириною в 100 км, и далее снова начинается зона анормальной слышимости. В этой второй зоне слышимость, обычно, бывает очень велика. В зависимости от состояния погоды расположение зон нормальной и анормальной слышимости, их ширила и далее число вторичных зоп бывают различными.
Для изучения хода звуковых волн были построены разнообразные звукоприемники. Основной принцип, па котором построены эти приборы,следующий: определенный объём воздуха при помощи специальной мембраны отделяется от наружного воздуха. Приходящая звуковая волна ударяет этумембрану с одной стороны и заставляет ее колебаться. Современная техника дает возможность весьма точной регистрации возникающих колебаний.
В приборе Робича сосуд в 7,5 литра был закрыт волнистой мембраной из нейзильбера. Прогиб мембраны регистрировался оптическим прибором. Риттер предложил в качестве замкнутого пространства использовать комнату, а в качестве мембраны—оконное стекло, которое прогиб свой от удара звуковой волны передает зеркальцу и регистрирует оптическим способом. Ангенгейстер заменил стекло тонкой цинковой пластинкой, Вихерт—резиновой пленкой. Кюль сконструировал прибор нч принципе крутильных весов: большой ящик имеет отверстие, которое закрыто одной половиной тонкой слюдяной пластинки; пластипка закреплена на тонкой вертикально натянутой нити и может свободно вращаться, закручивая при этом нить; приходящая звуковая волна ударяет через окошечко по одной половипе пластинки и заставляет ее отклониться на некоторый угол; вращения пластинки регистрируются оптическим способом. Наконец, для регистрации колебаний мембраны применяется также радио-передатчик. Движущаяся мембрана изменяет длину радио-волны.
Для изучения хода звуковых волн в Германии иод председательством Гер-гезелля была основана особая комиссия, включающая в себя ряд немецких метеорологов и сейсмологов. Комиссией организован целый ряд взрывов. Для наблюдения зон слышимости и угла выхода звукового луча к земной поверхности была организована большая сеть наблюдательных пунктов, из которых некоторая небольшая часть —всего 30 станций —была снабжена ундографами Кюля.
Для определения угла выхода имеется несколько возможностей: еслипа двух станциях, расположенных одна над другой, соответственно па высотах 7<, и h2, времена прихода звуковой волны равны и <2, v—скорость звуковой волны, то угол выхода звукового луча па земную поверхность может быть определен но формуле:
I=arc Kin f2 ~~l 8.
Однако, метод этот для получения надлежащих результатов требует или очень большой точности наблюдений моментов времени (до ‘/аоо секунды), или большой разности высот двух пунктов. Другой метод заключается в том, что наблюдения производятся на трех станциях, расположенных на одном уровне и расстояние между которыми но сравнению с расстоянием до очага очень мало; тогда поверхность взрывной волны может быть рассматриваема как плоская, и по моментам вступления звуковой волны на каждую из 3-х станций легко молено рассчитать угол, под которым звуковая волна подошла к земной поверхности, j Всего германской комиссией было произведено 346 взрывов; по времени они были распределены следующим образом:
| январь — 49 раз; февраль — G3; март — 5; апрель — 22; май — 1G; июнь — 18; июль— 16; август — 6; сентябрь —4; октябрь—66; ноябрь— 23; декабрь—58. Обработка результатов показала, что скорость звука с высотой изменяется в больших пределах. Дуккерт построил график распределения скоростей звука с высотой (фпг. 6). График показывает, что в слоях приблизительно 31 км и 37,5км происходит нарастание скоростей звука. Максимальная скорость звука доходит до 360 м/сек. В различные времена года высоты максимальной скорости звука колеблются; зимой и весной они опускаются на 3—4 км. Угол выхода звука, по подсчетам Мейсера, оказался изменчивым в пределах от 10° до 25°.
Наблюдения над распределением скоростей звукового луча дали возможность составить приблизительную схему распределения с высотой температуры воздуха.
Для летнего периода получилась
32о зда Ж
Скорости С eft/csk.
Чертёж 0.
следующая таблица (в абсолютной шкале):
|
Высоты в км | |
2.J | |
25 | |
30 | |
35 | |
40 | |
45 | |
50 | |
|
АбсолнТгная темиература | |
|
По Дуккерту. . | |
219 | |
220 | |
22 3 | |
2G7 | |
316 | |
355 | |
344 | |
|
По Гутенбергу . | |
219 | |
222 | |
22.3 | |
256 | |
3)6 | |
330 | |
349 | |
|
По Уипплу (на основании английских опытов). . | |
219 | |
220 | |
223 | |
245 | |
282 | |
310 | |
Зоб | |
Для объяснения больших скоростей звука на больших высотах существует несколько гипотез: ветровая гипотеза
изменение молекулярпого веса, высокие температуры высоких слоев атмосферы. Изучение ветровой гипотезы показало, что участие ветра в создании больших скоростей звука очень невелико. Вихерт, изучая вторую гипотезу изменения молекулярного веса, показал полную несостоятельность этой гипотезы, так как для удовлетворительного объяснения распределения скоростей необходимо было бы, чтобы на высоте 40 км содержание водорода было бы больше 25%, чего «а самом деле нет.
Дуккерт показал, что наиболее удовлетворительной гипотезой является. гипотеза повышения с высотой температуры, которое должно начинаться уже с высоты около 30 км.
Таким образом, исследование хода звуковых лучей приводит к выводу о существовании в стратосфере мощной инверсии, которая простирается в слое от 30 до 60 км. Выше этого слоя начинается повое понижение температуры, то есть начинается новая верхняя тропосфера.
Звуковой луч своей траекторией вполне характеризует физическое состояние тех слоев, через которые он прошел. Поэтому звуковой луч, несомненно, является одним из важнейших средств для исследования атмосферы.
Строение высоких слоев атмосферы мы можем изучать также, изучая поглощение солнечной лучистой энергии в земной атмосферо.
Оказалось, что значительное поглощение коротковолновой части спектра вызывается слоем озона, расположенного на высоте 35—45 км. В то лее время сильная лучепоглощающая способность озона может объяснить возникновение па этих больших высотах мощной температурной инверсии.
Следует, однако, заметить, что все изложенное является хорошей гипотезой, которую, несмотря на изложенные факты, нельзя считать доказанной и установленной. Подвергается, например, большому сомнению, что именно озон служит причиной мощной инверсии в стратосфере.
Для изучения высоких слоев атмосферы могут служить также метеориты — камни, встречаемые в мировом пространство атмосферой при движении земли по ее орбите. Скорость движения метеорита в атмосфере1 составляет о г 10 до 100 км/сек. Вследствие большого сжатия воздуха впереди метеорита, они накаляются и испаряются. Небольшие камни весом в несколько грамм испаряются полностью, а большие иногда достигают земной поверхности.
Кальке показал, что светящийся Зсвост метеоритов начинается обычна в слое 120—200 км и кончается на высоте около 80 км; пиже располагается дымовой хвост, который достигает 30-километровой высоты.
Наблюдая снос хвоста, можно определить направление воздушных течений в соответствующем слое. Кальке дает следующую таблицу сноса (слой 80—120 км; максимальные значения повторяемости подчеркнуты; см. табл, на 729/30 стр.).
Кальке полагает, что ближе к экватору усиливается южный компонент ветра, а ближе к полюсу северный! компонент. Таблица показывает, что в слое 30—80 км господствуют ясно выраженные восточные ветры.
Исследованием метеоритов занимались также Линдемап и Добсон. Они, между прочим, обнаружили, что на высоте около 50 км имеется минимум угасания метеоритов.
Теоретический расчет показал, что, если атмосфера имеет постоянную температуру — 53°, то метеорит, идущий со скоростью ниже 19 км/сек., не может быть видимым; если же допустить, что температура атмосферы на этих больших высотах + 27°, то предельная скорость, ниже которой
|
Место наблюдения | |
| |
| |
| |
| |
С и о | |
с к | |
| |
| |
| |
Преимущественно | |
|
N | |
NE | |
Е | |
ЧЕ | |
S | |
SW | |
W | |
NW | |
па: | |
|
Зан. Кирина. . . | |
1 | |
2 | |
| |
4.5 | |
6 | |
4.5 | |
1 | |
1.5 | |
0.5 | |
юго - восток | |
|
Средн. Кврона. . | |
1 | |
5 | |
| |
4 | |
1 | |
2 | |
0 | |
3 | |
1 | |
сев. - восток | |
|
Евроиа | |
3.5 | |
7.5 | |
| |
Ь.5 | |
8 | |
6.5 | |
1 | |
5.5 | |
2.5 | |
восток | |
|
Пост. Сев. Америка | |
1 | |
е.& | |
| |
5 | |
2.5 | |
0 | |
0 | |
0 | |
0 | |
восток | |
|
Сев. - воет. Сев. Америка | |
0 | |
1 | |
| |
I | |
0 | |
2 | |
0 | |
0 | |
1 | |
север | |
|
Среди. Сев. Америка . | |
0 | |
0 | |
| |
1 | |
4 | |
1.5 | |
0.5 | |
0 | |
0 | |
юго - восток | |
|
Сев. Америка.. . | |
11.5 | |
3 | |
| |
7 | |
6 | |
3.5 | |
0.5 | |
0 | |
1.5 | |
сев.-восток | |
|
Европа и Сев. Америка .
I | |
15 | |
10.5 | |
| |
15.5 | |
14 | |
и | |
1.5 | |
5.5 | |
4 | |
восток | |
|
слой 30—80 «.и | |
| |
|
Европа | |
1 | |
0 | |
| |
2 | |
1 | |
| |
1 | |
11 | |
0 | |
вапад | |
метеорит не будет видимым, равна 12 км/сек. Наблюдения показывают, однако, что па всех высотах мы наблюдаем скорости пиже 12 км. Отсюда Линдеман и Добсон делают вывод, что в высоких слоях атмосферы плотность должна быть меньшо предположенной, а температура должна возрастать по крайней мере до+ 27° (300° абс. шкалы).
Отмеченный ранее минимум угасания метеоритов, который наблюдается на высоте 50 км, объясняется тем, что повышение температуры начинается именно с этого слоя и входящий в пего метеорит охлаждается. Однако, все рассуждения Линдемана и Добсона не являются общепринятыми, хотя результаты, полученные ими о повышении темпоратуры с высотой в стратосфере, до некоторой степени совпадают с результатами других исследования.
Вечерние и утрепние зори дают нам прямое доказательство существования атмосферы на больших высотах. Зная угол, на который опусти- лось солнце под горизонтом, и у 1, иод которым наблюдается граница освещенного слоя атмосферы, мы легко можем рассчитать высоту тогонаиболее высокого слоя воздуха, который ещо способеп рассеивать лучи солнца и создавать сумерки.
Отметим основной прием расчета. Если к момепту окончания сумерек {см.) солнце опустилось за горизонт на угол а, то предельная высота слоя воздуха h, который отражал солнечные лучи, может быть вычислена по формуле:
1 — cos а
h —11--
cosе-
А легко определяется, если нам известно, сколько времени прошло с момента захода солнца; 11 — радиус земли.
Давая а различные значеппя и вычисляя h, получим следующую табличку:
А=4 8 12 16 20 24 ’ 28 32°
/т=4 15 35 52 97 139 190 250 км
Наблюдения показывают, что сумерки не являются сплошными и непрерывными, а представляют собою различные сумеречные дуги, которые исчезают последовательно и свидетельствуют о слоистом строении верхних слоев атмосферы.
При понижении солнца па 8° ниже горизонта потухает первый сумеречный слой, имеющий высоту 12—15 км.
Второй слой потухает при понижении солнца на угол 15—18°. Как наиболее вероятное значение этого угла А. Вегенер принимает 17,4° и соответственная высота слоя воздуха равна 70—80 км.
Измерения, произведенные в Гренландии, показали, что для границы второго слоя получается а—16° и высота ее 60 км.
Сии в Вашингтоне наблюдал, что после потухания второго слоя имеется еще слабый голубой цвет, который исчезает при понижении солнца па 30°. Высота расположения этого слоя равна 200 км.
Вегенер из наблюдений в Гренландии нашел, что высота третьего слоя равна 130 км.
Кроме того, Вегенер наблюдал в Гренландии дуги рассеянного света, которые он приписывал слою, расположенному на высоте 700 км.
Для изучения состава верхних слоев атмосферы пользуются также изучением полярных сияний (смотрите северные сияния, XLI, ч. 5, 682/88).
Высота полярных сияний весьма различна; она колеблется в пределах почти от земной поверхности и до
1.000 км и выше. Однако, существует большое сомнение, способна ли вообще атмосфера выше 500 км давать свечение, так как на этих высотах слишком ничтожна ее плотность. Наиболее частая повторяемость полярных сияний наблюдается в слое от 80 до 140 км.
Окраска полярных сияний, их спектры дают нам сведения о строении высоких слоев атмосферы. Наиболее характерной линией в спектрах полярных сияний является линия,
5577 А. Вегард приписал эту линию полосатому спектру твердых пылинок азота, которые будто бы имеются в верхних слоях атмосферы. Однако,
последующие исследования быстродоказали, чтохарактернаялиния 5577 А принадлежит атомному кислороду. Если изменять давление в разрядной трубке, то яркость линии изменяется; наибольшая яркость наблюдается, если давление газа равно 2 миллиметров рт. ст. Сила свечения возрастает также вместе с возрастанием электрического разрядного тока. При этом яркое свечение линии возникает не сразу; для этого требуется некоторое количество времени. Сила свечения усиливается, если к кислороду примешивать аргон. В присутствии аргона зеленая линия оказалась в 85 раз интенсивнее, чем в чистом кислороде. Таким образом, яркость свеченияолинии 5577 А находится в большой зависимости от тех условий, в которых происходит свечение. Очевидно, в верхних слоях атмосферы имеются какие-то дополнительные условия, которые и усиливают яркость свеченияолинии 5577 А. По мнению Чэпмэна, эта зеленая линия излучается во! время ночного распада молекул озона,1 которые создались днем.
Кроме зеленой линии 5577 А, в спектрах полярных сияний наблюдается еще целая серия линий различной яркости; сравнивая их со спектрами отдельных газов, мы можем получить сведения о составе верхних слоев атмосф.еры. Например, для серии линий полярного сияния было найдено, что они дают линии азота, как это видно из следующей таблички:
|
Наблюденные линии полярного сияния | |
Линии азота | |
|
4703,0 | |
4708,2 | |
|
4646,8 | |
4Ш,2 | |
|
4278,0 | |
«378,0 | |
|
4234,2 | |
4236,3 | |
|
4200,3 | |
4200,3 | |
|
3914,6 | |
3914,4 | |
Таблица доказывает наличие в верхних слоях атмосферы азота.
Весьма замечательпо, что в спектрах полярных сиянии мы но имеем линий, нрипадлажащих легким газам: водороду и гелию.
Исследование атмосферы можно вести также при помощи электромагнитных воли. Особенно значительно подвинулся этот вопрос после применения в радиотехнике {см. XXXV, 377) коротких волн, распростансние которых доказало безусловную необходимость существования в верхних слоях атмосферы слоя с большою электропроводностью. Были изучены также колебания той высоты, на которой этот слой находится. Оказалось, что высота слоя, отклоняющего электромагнитные волны к земле, колеблется в пределах от 90 до 130 км.
Зимой в ночные часы слой этот подымался до высоты 200—350 км; но после восхода солнца высота его немедленно опускалась до 100 км. Имеются данные, говорящие о том, что это два различных слоя, причем в дневное время отражение происходит от слоя, расположенного на высоте 100 км, а в остальные часы суток— от более высокого слоя. Гипотеза о существовании двух отражающих слоев была высказана впервые Элиасом в 1925 году и затем экспериментально установлена Эпплтоном в 1927 году. Па чертёж 7 положенно точек показывает высоту отражающего слоя. Известна тесная связь между распространением электромагнитных волн и грозовыми процессами в атмосфере, а также магнитными бурями. Однако, все эти явления настолько сложны, что в настоящий момент еще преждевременно говоритьо широком применении электромагнитных волн к исследованию атмосферы, хотя и имеются основания предполагать, что в будущем именно этот метод будет занимать одно из первых мест.
Магпитпое поле земли и ого колебания также оказываются тесно связанными с электрическим состоянием атмосферы и ее движениями. Еще в 1882 году Стюарт, исходя из вариаций элементов магнитного поля, пришел к выводу о необходимости существования в атмосфере высоко-проводящого слоя.
13 атмосфере наблюдается сложная система токов. Магнитное поле земли может быть рассматриваемо как ненодвнлшый магнит; атмосфера представляет собою «якорь», который вследствие процессов, происходящих в атмосфере, находится в непрерывном движении; высокие лее слои рассматриваются как «витки», в которых возбуждаются токи. Таким образом, земномагнитное поле и электрическое состояние атмосферы в целом как бы представляют собою мотель динамо-машины, работа которой тесно связана с процессами в атмосфере. По если такие основные схемы и могут быть намечены, то до обрат-
пых соотношений, то есть использования колебании элементов магнитного поля для изучения непрерывного движения атмосферы и процессов, в ней происходящих, еще очень далеко. „
Литература. П. Бчртелъс, «Высшие слои атмосферы», Гос. Тех. Изд. 1932 (даны подробные литер“ указ.); II. Броунов, «Атмосферная оптика»; Э. Палъмеп «Аэрологические исследования атмосферных возмущений»; В. Виткевич, «Стратосфера, ее основные свойства и методы исследования», 1935; W. I. Humphrey в, «Phvsics of the air», 1920. Phil.; cHandbuch d. experim Phyaik», Loipz.,1928, 1 Teil (статьи A. Defant, W. Milch, 11.Bendorf, L. Vegurd, K. BUUner) I. M. Pertner—F. M. Exner, «Moteorologische Optik», Wien, 1922; F. M. Exner, «Dynamiache Metcorologic», Wi< n, 1925; N. Shaw, «Manual of Meteorology», 1926: A. Wegener, «Thcrmody-juamik d. Atmosphare», 1924; ffann—Suring, «Lehrbuch d. Met orolbgie» (поел, изд.); W. Witkewitsch, «Ueber d. Znen d. Ho’rbarkeit von Kxploaionswcllcc», «Meteor. Zeitschr.», 1926, llcfc 3.
h. Виткевич.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Аэрология
