Очерки о Вселенной - Воронцов-Вельяминов Борис Александрович (читать полную версию книги .TXT) 📗
Изучение метеорных явлений дало много ценного для познания стратосферы. Не все из этих выводов, как, например, первые выводы зарубежных ученых Линдемана и Добсона, являются бесспорными в очень молодой науке о движении метеоров в атмосфере, но они все же иллюстрируют, какие возможности тут открываются перед нами. А выводы эти вот какие. Исходя из своей теории свечения метеорных тел в атмосфере, рассматривающей взаимодействие с воздухом летящего метеорного тела, упомянутые авторы в 1923 г. объяснили особенности в распределении по высоте точек погасания метеоров и заключили, что на высоте около 60 км воздух сильно нагрет. Они вычислили там температуру, и она оказалась равной +30°, а позднейшие вычисления привели даже к температуре 110°. (Не будем говорить, что на этой высоте температура оказалась выше точки кипения воды, потому что при тех малых давлениях воздуха, какие имеют место в стратосфере, температура кипения воды много ниже, чем 100° С.)
Рис. 97. Две фотографии яркого метеорного следа, полученные с перерывом в несколько минут Д. Дебабовым на Чукотке (1941 г.)
Это открытие явилось сюрпризом, потому что непосредственные промеры температуры до высоты в 30 км показывали сначала быстрое падение температуры с высотой, а с 11 км (нижней границы стратосферы) начинался слой с почти постоянной температурой в 50° мороза, независимо от времени года и климатического пояса местности. Вернее говоря, стратосфера ведет себя даже «шиворот навыворот»: зимой, даже в полярных странах, ее температура около -45°, а летом и в тропиках около -90°. Тропосфера, или нижний слой земной атмосферы, характеризуется падением температуры с высотой и над экватором распространяется выше (до 15-16 км), чем у полюсов Земли (9-10 км). Эта верхняя ее граница - конец изменения температуры - и определяет начало стратосферы, до известной степени объясняя неожиданное распределение температуры стратосферы по климатическим поясам, так как температура стратосферы равна температуре верхней границы тропосферы. Сезонные же и неожиданные изменения ее температуры тоже связаны с сезонным изменением в высоте границы тропосферы, так как воздух нагревается преимущественно снизу, землей, а зимой земля менее нагрета и прогревает атмосферу до меньшей высоты.
Изучение метеоров неожиданно открыло существование нового повышения температуры с высотой, как говорят, верхней температурной инверсии в стратосфере. Стратонавту, поднявшемуся в меховом костюме в стратосферу, если он сможет подняться выше 40 км, будет, пожалуй, труднее защищаться от жары, которая сменит там 50-градусный мороз, господствующий ниже.
Существование верхней температурной инверсии подтверждается изучением торможения метеоров по фотографиям с вращающимся сектором. Это торможение уменьшается в той самой области, где предположено повышение температуры, как и должно быть. В последнее время температура +50° С на высоте 60 км найдена и прямыми измерениями при помощи приборов, установленных на ракетах, запускавшихся в стратосферу.
С точки зрения изучения стратосферы интересно также, что скорость расползания газовых светящихся метеорных следов связана с давлением и температурой окружающих слоев воздуха и позволяет оценить их величину.
Раньше стратосферу считали областью невозмущенного покоя, застывшего в неподвижности воздушного океана, относя всякие ветры и перемещения воздушных масс к области тропосферы. Поэтому полной неожиданностью явш4ьсь обнаружение советскими учеными И. С. Астаповичем, В. В. Федынским и другими воздушных течений на высоте 80 км над Землей, со скоростями, доходящими до 120 м/сек, относящих метеорные следы преимущественно к востоку, но иногда и в другую сторону; встречаются даже и вертикальные течения.
Изучение метеоров в связи со свойствами стратосферы только что началось, и приведенные данные являются лишь первым его даром, могущим убедить в пользе этой отрасли астрономии даже наиболее скептически настроенных людей.
Новые методы изучения метеорных тел
В атмосфере Земли был обнаружен ряд электропроводящих слоев, состоящих из ионизованных молекул воздуха. Роль этих слоев велика - они действуют на радиоволны, как зеркало, отражая их вниз. Благодаря им возможна радиосвязь вокруг земного шара. Отражаясь по многу раз, радиоволны обегают земной шар между его поверхностью и электропроводящими слоями.
Отражение радиоволн электропроводящими слоями атмосферы сделало возможным определение высоты этих слоев. Оказалось, что они находятся на разных высотах, начиная с 50 км над Землей, с максимумом ионизации на высоте 250-300 км, и возникают под ионизующим действием ультрафиолетовых солнечных лучей и частичек (корпускул), выбрасываемых с поверхности Солнца. С изменениями в излучении Солнца, сопровождающими изменения на его поверхности, меняются также высота и толщина электропроводящих слоев земной атмосферы.
Некоторую роль в ионизации воздуха играют и проникающие в него метеоритные частички. Испаряясь при нагревании вследствие торможения, частицы метеорного тела, дающие картину «падающей звезды», сталкиваются с частицами воздуха, ионизуя их и ионизуясь сами. Область таких частичек, остающихся на пути полета метеора, видна нам в виде метеорного следа в течение долей секунды, а иногда даже нескольких минут.
Наэлектризованные частицы в метеорном следе должны отражать радиоволны.
В ночь с 9 на 10 октября 1946 г. многие астрономы подстерегали новое появление дождя падающих звезд - Драконид, обрушившегося на ленинградское небо в эти же дни в 1933 г. Эти метеоры - осколки ядра кометы Джакобини - Циннера, имевшей период обращения около Солнца в 6 1/2 лет. Впервые ее метеоры встретились с Землей еще в 1926 г., но тогда их было мало. 9-10 октября Земля сближается с орбитой кометы, вдоль которой рассеялись осколки ее ядра. В 1946 г. Земля должна была встретиться с метеорами, отставшими от своего ядра на 230 млн. км, т. е. находящимся ближе к ядру, чем те, с которыми она встретилась в 1933 г.
Но обстоятельства сложились неблагоприятно. В это время свет яркой Луны мешал видеть не очень яркие метеоры. Число метеоров, видимых вечером, было очень мало и очень медленно нарастало к утру. Очевидно, максимум их приходился на светлое время суток, когда на ярком утреннем небе метеоры невозможно было видеть.
Рис. 98. Метеоры на экране радиолокатора (схема и фотографии)
Однако их «увидели» радиолокаторы, которые 9 октября 1946 г. впервые пришли на помощь охотникам за метеорами. Быстро посылая радиоизлучение в разные стороны неба, радиолокаторы в то же время ловили и регистрировали каждое отражение его от ионизованного следа метеора. Погода почти всюду была ясная, но если бы небо было закрыто тучами и шел проливной дождь, радиолокаторы делали бы свое дело с таким же успехом - для посылаемых ими радиоволн тучи столь же прозрачны, как чисто протертое стекло для лучей прожектора.
Так радиолокаторы дали знать, что в 6 час. 10 мин. по московскому времени по небу пролетало 150 метеоров за минуту - это был максимум. К 9 час. утра число метеоров сошло на нет. Как мы видим, слой метеоров был очень тонок, Земля прошла его практически за 2-3 часа, а главную его часть - за 40 минут, чему соответствует толщина 35 000 км, т. е. всего лишь в три раза большая поперечника самой Земли...
Рис. 98. Метеоры на экране радиолокатора (схема и фотографии)
Наблюдения метеоров с помощью радиолокаторов проводятся теперь все шире и шире. Передатчик мощностью до нескольких тысяч киловатт посылает направленные волны, вращая свой луч. Радиоволна, попадая на след метеора, отражается обратно и отмечается время прохождения сигнала, дающее расстояние до метеора. Расстояние от летящего метеора до наблюдателя меняется; меняется также время прохождения сигнала от разных точек пути метеора. На верхнем рис. 98 схематически показаны пути метеоров (I, III) и соответствующая картина на экране радиолокатора (IV). Форма кривой позволяет определить быстроту полета. Легко понять, что чем быстрее полет, тем быстрее меняется расстояние до метеора и тем круче кривая на экране II, направленная вершиной книзу. На рисунке приведены кривые, соответствующие двум различным скоростям движения. Нижняя точка кривой отмечает время Т0, когда метеор проходит на кратчайшем расстоянии от наблюдателя. В виде кривой получается запись с экрана полета головной части метеора, а запись остающегося и расплывающегося следа его - в виде широкой полосы (IV). Примеры таких записей даны на схеме IV внизу, правее записи от трех метеоров, из которых только метеор б миновал наблюдателя и удалился. Метеоры айв оставили за собой следы, постепенно таявшие. Фактический вид экрана радиолокатора показан на нижних фотографиях.
