Наши космические пути
Шрифт:
Еще менее полувека назад для техники было «безразлично» состояние высоких слоев атмосферы. Сейчас точные данные о физическом состоянии высоких слоев атмосферы — о плотности воздуха, концентрации и величине метеоров, об интенсивности и энергии космических лучей, о силе ультрафиолетового излучения Солнца — необходимы для расчета линий радиосвязи, полета ракеты или спутника, взлета или посадки межпланетного корабля.
С другой стороны, непрерывно возрастающие энергетические ресурсы, которыми располагает человечество, позволяют все более вмешиваться в природные явления. Сейчас мы коренным образом меняем режим крупных рек, осушаем или орошаем большие территории, а в будущем сможем
Человек, все чаще рассматривает совокупность окружающих его природных явлений как единый процесс, происходящий на всей планете. Геофизические науки изучают те или иные стороны этого процесса.
Если бы мы могли окинуть взором сразу всю нашу планету с расстояния в несколько тысяч километров, то увидели бы, как передвигаются облачные системы, заволакивая четкие контуры материков и горных цепей, как зарождаются в нижних слоях атмосферы стремительные потоки тайфунов и ураганов тропического пояса. Разогреваемый в тропической зоне воздух, расширяясь и поднимаясь, переносится к полярным областям и движется обратно в нижних слоях земной атмосферы. Отклоняющая сила вращения Земли, влияние рельефа земной поверхности, своеобразное расположение материков и океанов превращают это простое движение в сложную систему генеральной циркуляции земной атмосферы. Она определяет основные пути движения воздушных масс, перенос тепла и влаги, климатические особенности и погоду в различных районах земного шара.
С большого расстояния нам было бы хорошо заметно, как реагирует земная атмосфера на все проявления солнечной деятельности. Могучие вихревые движения солнечной оболочки, протуберанцы — выбросы огромных масс раскаленного газа на сотни тысяч километров, вспышки ультрафиолетовой радиации, потоки электронов и атомных ядер, внезапно извергаемых кипящей поверхностью Солнца, — все это сейчас же находит свое отражение в верхних слоях земной атмосферы.
Эти слои первыми встречают поток частиц вещества и энергии, стремящейся к Земле от Солнца и из глубин космического пространства. Именно здесь путем сложных физико-химических реакций этот поток настолько преобразуется, что фотоны и атомные ядра теряют свою колоссальную энергию и приходят к земной поверхности в безопасном для органической жизни состоянии.
Воздействия ультрафиолетового излучения и частиц, извергаемых Солнцем, на верхние слои земной атмосферы вызывают игру полярных сияний, приводят к образованию ионизированных слоев, благодаря которым распространяются на дальние расстояния короткие радиоволны, являющиеся причиной магнитных бурь.
Неустанно действующая сложная совокупность метеорологических, гидрологических, электромагнитных процессов, охватывающих весь земной шар, представляет собой как бы «машину» нашей планеты. Везде ощущается ее ритм. Тысячи станций и постов, сотни обсерваторий во ‘всех странах, во всех уголках земного шара непрерывно следят за этим движением.
В геофизических исследованиях применяется самая передовая техника. Хорошо оснащены экспедиции, работающие в Антарктиде, богато оборудованы корабли, ведущие океанографические исследования во всех океанах. Но особенно широкий размах приобрели работы по изучению верхних слоев атмосферы и космического пространства, проводимые посредством геофизических ракет и искусственных спутников Земли.
Геофизические ракеты и спутники используются в СССР главным образом в трех направлениях: для изучения верхних слоев атмосферы, для исследования солнечных и космических явлений и, наконец, для изучения
Получение достоверных данных о структуре и физических свойствах верхних слоев атмосферы исключительно важно. Без знания плотности атмосферы на различных высотах невозможно правильно рассчитать движение ракет и спутников, Нельзя правильно понять целый ряд происходящих в атмосфере процессов.
Измерения давления атмосферы проводятся нашими учеными на ракетах с помощью магнитных электроразрядных и тепловых манометров. Причем советскими учеными разработаны специальные методы исследования в сложных условиях ракетного полета. Учитывая то, что ракета при полете вызывает возмущения в атмосфере, целый ряд приборов размещается не на самой ракете, а на специальном контейнере, который выбрасывается («выстреливается») в полете из ракеты и летит по траектории, проходящей на достаточном расстоянии от ракеты в чистой, не искаженной ее воздействием атмосфере. Советскими учеными была разработана парашютная система для спасения контейнеров с научными приборами.
Как показали опыты, измерения на контейнерах вдали от ракеты дают более достоверные результаты. Так, в первое время отмечались значительные расхождения между результатами советских и американских измерений давления. Они объяснялись по-видимому, тем, что американцы ставили свои приборы на самой ракете. Большое количество воздуха, захваченного ракетой с Земли и постепенно из нее выходящего, создает помехи в измерениях. В последнее время американские ученые внесли поправки в свои результаты, после чего данные измерения стали более близкими к советским. Наибольшая высота, на которой произведено непосредственное измерение давления атмосферы к настоящему времени, — это 260 километров. Здесь отмечено давление, составляющее несколько десятимиллионных долей миллиметра ртутного столба.
Существенные данные о распределении плотности атмосферы на различных высотах дает анализ торможения спутников, в особенности первого, имевшего правильную шарообразную форму.
Химический состав атмосферы определяется нашими учеными с помощью спектральйого анализа проб воздуха, взятых в стеклянные баллоны. Результаты анализа показывают, что до высоты 80 километров состав газов — кислорода, азота, аргона — сохраняется тот же, что и у земной поверхности. Однако на высоте около 90 километров начинается, вероятно, некоторое расслоение атмосферы, так как доля наиболее тяжелого газа — аргона — слегка уменьшается.
Такой метод взятия проб может быть применен до высот 120-150 километров. Далее, вследствие очень малой плотности воздуха, количество его, захваченное в баллоны, будет недостаточным для анализа. Поэтому на высотах свыше 150 километров применяется радиочастотный масс-спектрометр. Это небольшой прибор, который производит анализ ионизированного газа на месте и по радио передает результаты на Землю. С помощью этого прибора отмечено наличие ионов окиси азота и атомарного кислорода на больших высотах.
С помощью высотных ракет производились также исследования ионной концентрации на различных высотах. Очень важные новые данные о строении ионосферы получены при запуске ракеты 21 февраля 1958 года, когда удалось измерить концентрацию электронов до высоты 470 километров.
Измерения радиосигналов, посылаемых спутниками из области, лежащей за максимумом ионной концентрации, позволяют определить некоторые характеристики ионосферы, недоступные для измерения с земной поверхности. Изучение ионосферы — ионизированных областей, расположенных в верхних слоях атмосферы, — имеет большое практическое значение, так как эти слои определяют распространение коротких радиоволн.