Загадки астрономии

Байндер Отто

Загадка 4. Есть ли у Земли естественные спутники, помимо Луны?

Профессор Томбо, открывший в 1930 г. планету Плутон, недавно посвятил два года наблюдениям ближайших окрестностей Земли при помощи специального широкоугольного телескопа. Он искал подтверждений любопытной теории, согласно которой Земля за время своего существования захватила силой притяжения астероиды или большие метеориты поперечником до 1,5 км. Он прекратил безуспешные поиски, но можно все же надеяться, что Земля имеет около десятка крошечных спутников, которые послужат готовыми «платформами» для будущих космических станций.

А теперь вернемся в земную атмосферу; здесь количество

загадок еще более возрастает.

Загадка 5. Вызывают ли «прямоугольные» облака ураганы и торнадо?

В 60-х годах XX века при помощи спутников Тирос начала создаваться космическая система предсказания погоды. Жалоба Марка Твена, цитировавшего Дадли: «Все толкуют о погоде, но никто не может повлиять на нее», наконец потеряет свою злободневность. Наблюдения облаков телеобъективами Тироса показали, что океанские циклоны по своим размерам значительно больше, чем раньше предполагалось, — до 3000 км в диаметре. Эти циклоны оказывают влияние на движения земной атмосферы в целом и тем самым на погоду.

Тирос 4, специально спроектированный как «охотник за ураганами» (запущен 8 февраля 1962 г.), зарегистрировал облако почти правильной прямоугольной формы, которое, по-видимому, способно порождать смерчи. Хотя этот факт нуждается в подтверждении, он все же показывает, как открытие явления до сих пор неизвестного помогает объяснить на первый взгляд совершенно непонятное поведение погоды на Земле.

А теперь поднимемся выше облаков, туда, где расположен источник других загадок.

Загадка 6. Тянется ли экзосфера примерно до расстояния 100 000 км — внешних границ магнитного поля Земли?

Современные представления о различных слоях атмосферы — тропосфере (11 км), стратосфере (80 км), ионосфере (1000 км) — были существенно дополнены новыми, полученными при помощи спутников данными. С высотой химический состав ионосферы резко меняется. Азот и кислород сменяются водородом — самым легким газом во Вселенной. Теперь известно, что между ними находится гелиосфера — зона гелия, простирающаяся от 1200 до 2000 км, а уже над ней расположена протоносфера — зона ионизованного водорода.

Но исследователи атмосферы не уверены, что экзосфера — последний чрезвычайно разреженный слой, состоящий из атомов, ионов и электронов, постепенно исчезает, переходя в «настоящее» космическое пространство уже на высотах от 10 000 до 30 000 км, как предполагалось прежде. Счетчики Гейгера, установленные на спутнике Эксплорер 12 с большим апогеем, обнаружили разреженную газовую плазму значительно дальше. Эти заряженные частицы, удерживаемые земным магнитным полем, проникают до расстояний пяти — восьми диаметров Земли в зависимости от меняющегося излучения Солнца. Но временами космонавты будут обнаруживать «языки» атмосферы, простирающиеся на 100 000 км — четверть расстояния до Луны.

Загадка 7. Являются ли свечение ночного неба и полярные сияния следствием соответственно химических и электрических реакций?

Даже в безлунную ночь небо часто ярче, чем оно было бы только при свете звезд. Своеобразное свечение, охватывающее весь небосвод, оставалось тайной для астрономов в течение трех с половиной столетий, и впервые ключ к разгадке его происхождения подобрали опять-таки ракеты космического века. Геофизические ракеты для исследований верхней атмосферы были оборудованы спектроскопическими приборами, которые зарегистрировали на высоте около 40 км известную ученым зеленую линию — «отпечаток пальцев» атомарного кислорода. В нижних слоях атмосферы кислород,

которым мы дышим, обычно существует в виде двухатомных молекул. Выше 40 км не встречающее препятствий ультрафиолетовое излучение нагревает молекулы кислорода и азота, до тех пор пока они не распадаются на атомы. Ночью, когда одиночные атомы снова соединяются — рекомбинируют, поглощенная ими солнечная энергия освобождается и возникает таинственное свечение неба.

Однако эта теория объясняет не все, и, по-видимому, важную роль может играть другой фактор. Возможно, это солнечное излучение, под действием которого образуются свободные радикалы, — отдельные части химических соединений (например, четырехокись азота N₂O₄ распадается в верхней атмосфере на три заряженные компоненты, несущие положительный и отрицательный заряды). Если плотность воздуха велика, они существуют лишь очень короткие промежутки времени. Но в ионосфере, где частицы могут быть удалены друг от друга на расстояния в несколько сантиметров или метров, свободные радикалы могут не сталкиваться и не объединяться в течение длительных промежутков времени. Оторванные друг от друга солнечным излучением свободные радикалы, рекомбинируя, вновь освобождают накопленную энергию в виде свечения неба.

Возможно, что недавно открытое пылевое облако вокруг Земли также вносит свой вклад в появление сияния, отражая свет Солнца либо превращая космические лучи в видимый свет. В любом случае для окончательного решения загадки свечения ночного неба требуется дальнейшее зондирование атмосферы ракетами.

Информация, полученная при помощи первых спутников, казалось, позволила дать простое объяснение такому явлению, как полярные сияния. Но вскоре были получены новые данные и опять возникло много неясностей. Полярные сияния наблюдаются на обоих магнитных полюсах Земли. Очевидно, какие-то частицы, движущиеся вдоль магнитных силовых линий, реагируют с молекулами газов воздуха, вызывая полярные сияния. Неясно, однако, что это за частицы. Первоначально им приписывали солнечное происхождение, пока открытие радиационных поясов ^[1] не указало на другой возможный источник этих частиц.

1

Здесь и далее радиационными поясами называются области пространства, заполненные протонами и электронами и расположенные на высоте от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч километров. Частицы удерживаются земным магнитным полем. Радиационные пояса, или пояса захваченных частиц, были открыты одновременно советскими и американскими учеными при помощи приборов, установленных на искусственных спутниках Земли. — Прим. ред.

Сейчас ученые собирают новые сведения обо всех подобных видах излучения и пока воздерживаются от вынесения окончательного приговора. Ключом к решению проблемы послужила бы регистрация одновременного появления полярных сияний на обоих полюсах установленными на спутниках датчиками. Это было бы указанием на то, что радиационному поясу, имеющему форму бублика и одинаково удаленному от магнитных полюсов Земли, больше подходит роль первичного возбудителя полярных сияний, чем потокам частиц от Солнца, которые в некоторых случаях могут проникать только к одному полюсу и едва касаться другого.

Еще два вида свечения небосвода не относятся к околоземным атмосферным явлениям, а рождаются далеко в космосе.

Загадка 8. Какое межпланетное вещество вызывает зодиакальный свет и противосияния?

Зодиакальный свет появляется над горизонтом сразу после захода Солнца и лежит в поясе зодиакальных созвездий, вдоль которого проходят пути планет по небосводу. Он имеет форму сахарной головы (конуса). Постепенно бледнея во время сумерек, зодиакальный свет совершенно исчезает, когда наступает полная темнота.