Часть четвертая. По волнам воздушного океана

Общие сведения о стратосфере

150. Что означает слово "стратосфера"?

Слово "стратосфера" происходит от латинского слова (стратос) - слой. Стратосфера - это слой атмосферы, где уже прекращается перемешивание воздуха от восходящих и нисходящих токов, перемещающихся вследствие неравномерного нагревания Солнцем земной поверхности. Нижний постоянно волнующийся слой воздуха, отделяющий земную поверхность от стратосферы, называется тропосферой; в ней постоянно происходят перемены погоды. В стратосфере обычная влажность практически отсутствует, почему там не бывает облаков, а следовательно, и осадков.

Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности, восходящие токи воздуха поднимаются на разную высоту. Поэтому стратосфера над экватором и тропиками расположена выше над уровнем моря, чем низшие границы стратосферы в умеренных и полярных странах. В наших местах стратосфера начинается с высоты 10-11 км, над экватором - с 17-18 км, а в районе полюсов, вероятно, километров с 8-9 (см. рис. 75).

Ввиду отсутствия восходящих и нисходящих токов, температура в стратосфере остается практически постоянной (приблизительно 55 градусов ниже нуля на высоте 15-20 км).

Рис. 70. Некоторые данные о проникновении в стратосферу. 1. Снаряд сверхдальнобойного орудия. - 2. Рекордный подъем самопишущего зонда (Германия). - 3, 4. Подъем радиозондов сист. проф. А. Молчанова. -5. Стратостат 'Осоавиахим-I'. - 6. Стратостат 'СССР'. - 7. Стратостат Сэттля в 1933 г. - 8. Радиозонд в Арктике в 1931 г. - 9. Полет Пиккара в 1932 г. - 10. Рекорд подъема самолета. - 11. Рекордный подъем змеев

За последнее время установлено, что с дальнейшей высотой температура в стратосфере начинает даже повышаться; причина этого еще окончательно не установлена; найти ее - очередная задача современной науки и последующих полетов в стратосферу.

151. До какой высоты простирается атмосфера?

Воздушный океан, окружающий земной шар, простирается до 1 000 км. Это установлено по наблюдениям за полярными сияниями известным исследователем, норвежским ученым Штюрмером. Частицы воздуха удерживаются силой земного притяжения и не могут улететь от Земли вследствие недостаточной скорости движущихся молекул. Чтобы частица воздуха (как и любой другой предмет) удалилась окончательно от Земли, необходима начальная скорость 11,2 км в секунду, каковой не достигают постоянно сталкивающиеся друг с другом час - типы воздуха.

152. Для чего люди изучают стратосферу?

Полеты в стратосферу - не только объект военной техники или показатель отваги и рекордных достижений, как это имеет место в странах капитала. Цели и задачи полетов в стратосферу гораздо глубже. Они в наших условиях имеют огромное народнохозяйственное значение. Профессор П. А. Молчанов так определяет главные задачи полетов в стратосферу:

1. Исследование структуры воздушных масс и воздушных течений в стратосфере, то-есть уточненные аэрологические исследования.
2. Определение состава воздуха при различных условиях.
3. Исследование электрического состояния воздушных слоев и детальное исследование космических лучей: их интенсивности, направления, состава и пр.
4. Исследование роли стратосферы в развитии процессов погоды.
5. Исследование условий аэрофотосъемки с больших высот.
6. Исследование условий ориентировки при полете в стратосфере астрономическими, радио и другими способами.
7. Исследование состояния магнитного поля Земли на больших высотах.
8. Исследование условий работы моторов внутреннего сгорания на этих высотах, а также исследование работы водородного двигателя и др.
9. Исследование различных аэрологических методов и методов определения высоты в стратосфере.
10. Исследование законов движения с большими скоростями в условиях стратосферы, например, при падении тел.

Добавим к этому задачи астрономии в стратосфере (наблюдение и фотографирование небесных светил), биологические задачи (на какой высоте еще замечается жизнь: бактерии и другие микроорганизмы), ряд важнейших специальных задач, связанных с обороной пашей страны, и т. д.

Можно насчитать до двух десятков важнейших проблем, связанных с исследованиями стратосферы.

Широкое исследование и покорение стратосферы по единому плану возможно только в наших социалистических условиях.

153. Почему космические лучи надо изучать в стратосфере?

Прежде всего, что такое космические лучи?

Космическими лучами называется сильно проникающее излучение, идущее к Земле извне - из космоса, чем и объясняется само название лучей.

Тщательными исследованиями установлено, что по мере поднятия над земной поверхностью возрастает сила космических лучей; следовательно, часть их поглощается или рассеивается в атмосфере. Хотя мы и не знаем еще природы космических лучей, но, несомненно, они имеют прямую связь с внутриатомной энергией, освобождающейся при перестройке или разрушении атомных ядер.

Очередные задачи физики - изучение строения атомного ядра и использование в дальнейшем внутриатомной энергии для промышленных и иных целей - заставляют ученых искать всех возможных путей для решения этой проблемы. Космические лучи доходят до поверхности Земли в небольшом количестве, а потому их надо изучать в стратосфере, возможно выше от поверхности Земли.

154. Каков вес воздушного океана?

Давление, которое оказывает воздух на поверхность Земли, и есть вес атмосферы, то-есть вес всех слоев воздуха, окружающих земной шар. По известному опыту Торичелли, нормальное давление воздуха на уровне моря (при температуре 0^о на широте 45^о) измеряется весом столба ртути высотой 760 мм. Если возьмем сечение трубки 1 кв. см, то соответствующий вес ртутного столба будет равен 1 033 граммов. После этого нетрудно рассчитать вес всей атмосферы, учитывая всю поверхность земного шара (500 000 000 кв. км). Вес воздушного океана выразится внушительной цифрой около 5 300 000 000 000 000 тонн!

Советский физик, проф. Б. П. Вейнберг, вычислил, что вес воздушного океана в 13 раз больше веса всего Кавказского хребта!

155. Сколько весит стратосфера?

Решение вопроса затрудняется тем, что нижний слой стратосферы начинается на различной высоте, в зависимости от широты места. Если же примем нижнюю границу стратосферы в 12 км от уровня моря, что приблизительно соответствует значительным пространствам умеренных стран, то расчет сведется к определению общего веса воздушного слоя, находящегося в слое от высоты 12 км до верхних границ атмосферы. Это определяется величиной давления воздуха на указанной высоте, которое равно около 150 мм, то-есть около 1/5 нормального давления на уровне моря. Вес же всей атмосферы равен 5 300 000 000 000 000 тонн.

Следовательно, вся стратосфера имеет весьма солидный вес в 1 060 000 000 000 000 тонн!

156. Сколько весит 1 куб. метр воздуха на уровне моря?

Если вы зададите такой вопрос неожиданно, то ваши собеседники, захваченные врасплох, будут преуменьшать правильный ответ в десятки, сотни, а иногда и в тысячу раз.

Один куб. метр сухого воздуха при давлении 760 мм, на широте в 45^о при 0^о весит 1,293 килограмма.

Такое "большое" число обычно вызывает сомнение. Но сравните удельные веса воды и воздуха: воздух легче воды примерно в 770 раз!

Конечно, таков вес 1 куб. метра воздуха только на уровне моря. По мере поднятия он заметно уменьшается.

В "Кратком курсе аэрологии" проф. П. А. Молчанов приводит интересную таблицу, иллюстрирующую это.

157. Одно ли и то же - давление и плотность воздуха?

Смешивать два эти понятия - ошибочно. Давление воздуха есть вес всех воздушных масс, измеряемый весом ртутного столба на соответствующей высоте. Плотность же воздуха - есть масса 1 куб. метра воздуха.

Конечно, по мере поднятия уменьшаются и давление и плотность воздуха, но не в одинаковой пропорции (что зависит от изменения температуры). Вот таблица изменения давления воздуха и его плотности с увеличением высоты.