"Открытие мира (Издание второе, переработанное и дополненное)" - читать интересную книгу автора (Ляпунов Борис Валерианович)

НА НОВЫХ ВЫСОТАХ

…Что это? Работает экспедиция астрономов, которые готовятся наблюдать солнечное затмение? Телескоп направлен в небо. Перед его окуляром — кинокамера. Сидящий в кресле наблюдатель смотрит во второй телескоп. И вся эта установка, повинуясь управляющему ею оператору, поворачивается, шаря по небу.

А может быть, это ученые наблюдают за путешествием радиоволн в атмосфере? Или они следят за полетом метеоров? Вот рядом радиолокационная станция, и на экране локатора заметны отраженные сигналы.

Можно подумать и другое: не стараются ли здесь радиотехники поймать сигналы с неведомой планеты? На приемной станции приборы ведут запись каких-то таинственных сигналов. Когда проявят кинопленку, увидят серию неровных полосок с извилинами и зазубринами, идущими одна за другой. Это чьи-то радиоголоса, пойманные и записанные на пленку. Радиосигналы несутся к нам от Солнца и из глубин вселенной. Не их ли слушают здесь астрономы?

Но нет. Оператор у телескопа держит в поле зрения снаряд, несущийся в стратосферу со скоростью около двух километров в секунду. За ним следят и локаторы. Вычислительный Центр непрерывно получает данные от этих всевидящих «радиоглаз». Счетно-вычислительные машины мгновенно обрабатывают их, давая полную картину полета. Приемная станция ведет запись радиосигналов с ракеты.

Расшифрованные, эти записи расскажут о космических лучах, о давлении и температуре воздуха, о поведении ракеты и ее двигателей. Так люди, не поднимаясь с Земли, узнают все подробности полета на сотни километров ввысь.

Уже давно было известно, что над нами царство вечного холода. Солнце греет Землю, от Земли нагревается воздух. Но земная поверхность — не настолько жаркая печка, чтобы прогреть на всю толщину газовое одеяние нашей планеты. Опыт летчиков, альпинистов, стратонавтов, метеорологов показывает: чем выше, тем холоднее. Каждый километр подъема дает понижение температуры на шесть градусов. На высоте десяти с небольшим километров мороз достигает шестидесяти градусов. Здесь мы вступаем в стратосферу. Дальше температура не падает. Думали, что так будет и выше, пока где-то очень высоко не исчезнут последние следы воздуха и не наступит пустота мирового пространства.

Впервые усомниться в этом заставили наблюдения за звуками взрывов. В первую мировую войну бывали случаи, когда канонаду слышали на расстоянии до семисот километров, и в то же время где-нибудь вблизи от места стрельбы она была не слышна. Такие же странные явления наблюдались и при случайных взрывах пороховых складов или извержениях вулканов.

Почему возникают подобные «зоны молчания»?

Известно, что звук распространяется во все стороны. Чем дальше от места взрыва, тем он слышен слабее, пока, наконец, слышимость не исчезает вовсе — звуковая волна как будто замирает. И если звук на далеком расстоянии появляется вновь, это значит, что путь волны, идущей вверх, по какой-то причине искривляется и она снова возвращается на Землю.

Окончательно причина этого явления еще не разгадана и сейчас, но именно оно натолкнуло на мысль о теплых слоях в стратосфере. Ученые предположили, что там есть слой теплого воздуха, менее плотного, чем холодный. Поэтому, попадая в стратосферу, звук преломляется и отражается подобно лучу света, переходящему из более плотной среды — воды — в менее плотную — воздух.

И все же тепло в стратосфере казалось невероятным: предположение решили проверить. Но как это сделать, если наиболее действенное средство разведки больших высот — шар-зонд — поднимается всего на сорок километров?

На помощь пришла ракета. Она помогла разгадать тайну больших высот. На высоте около шестидесяти километров оказалось примерно семьдесят градусов тепла. Через двадцать километров — опять мороз в полсотню градусов. Здесь плавают серебристые облака, возможно состоящие из ледяных кристалликов. А затем снова теплый пояс, и с высотой температура поднимается. Как показали измерения, сделанные с помощью ракет, на высоте ста двадцати километров — сто градусов тепла.

Тепло на больших высотах не выдумка. Подтвердилось многое, о чем раньше говорили наблюдения за звуком и сумеречным светом, метеорами и серебристыми облаками. Сначала температура понижается плавно и неуклонно, пока не перестает ощущаться теплое дыхание Земли. Затем начинается холодный пояс — стратосфера, и температура держится примерно постоянной — в среднем шестьдесят градусов ниже нуля. Но выше тридцати километров появляется первый теплый пояс. Здесь расположен озоновый слой, который образуется и нагревается солнечными лучами.

Озон — тот же кислород, только в его молекуле не два атома, а три. Свежесть в воздухе после грозы — это запах озона, рожденного электрическими разрядами молний. В высоких слоях атмосферы невидимые ультрафиолетовые солнечные лучи дробят молекулы кислорода на атомы, которые вновь соединяются, но уже не попарно, а по три. Образуется озон. Часть его под действием тех же лучей снова распадается на атомы, из них получаются молекулы кислорода. Солнце же опять делает из них озон. Поэтому озоновый слой и сохраняется в атмосфере постоянно.

Озона в атмосфере очень мало. Если можно было бы собрать весь атмосферный озон в один слой у поверхности Земли, то его толщина оказалась бы равной всего трем миллиметрам. Но, несмотря на это, он служит чудесной газовой броней, защищающей все живое — растения, животных, человека — от ультрафиолетовых солнечных лучей. Благодаря ему до Земли доходит та их часть, которая не только не вредна, но даже полезна человеку.

О том, что Солнце, источник жизни, посылает в пространство и ультрафиолетовые лучи, могущие погубить жизнь, знали уже давно. Но вот проявлена пленка. На снимке — солнечные спектры, сфотографированные с ракеты на разных высотах. Чем выше был сделан снимок, тем длиннее их ультрафиолетовая часть. У самой Земли спектр как бы «обрезан». Это озоновый слой задерживает часть ультрафиолетового излучения.

Каким же он был там, до путешествия сквозь атмосферу, солнечный луч, пришелец из мирового пространства?

И об этом принесли вести с больших высот приборы, поднятые на ракетах.

Из чего состоит воздух на больших высотах? Атмосферу составляют разные газы, тяжелые и легкие. Не естественно ли думать, что они выстраиваются по рангу: тяжелые — ближе к Земле, легкие — дальше от нее. Атмосфера слоиста — так считали одно время.

Пробы, взятые при подъемах стратостатов и шаров-зондов, поколебали такое мнение. С величайшей осторожностью доставлялись на Землю драгоценные кубические сантиметры воздуха стратосферы. Анализ говорил одно и то же: состав воздуха всюду почти одинаков — кислород, азот, редкие газы.

А что делается выше сорока километров, каков воздух там? Самое простое доставить пробу оттуда. Но на чем?

Помогла опять ракета, поднявшись на недосягаемые ранее высоты.

Лучи на Землю посылает не только Солнце.

Внимание человека давно уже привлекли таинственные лучи, приходящие из космоса. Охотники за ними побывали глубоко под землей и высоко над нею.

Многое уже удалось узнать о лучах, идущих к нам из глубины вселенной. Но, как и солнечные, они доходят к нам сквозь атмосферу, претерпевая в ней различные превращения, так что мы имеем дело лишь с отдаленными потомками «настоящих» космических лучей. Чтобы узнать их, познакомиться с подлинно космическими лучами, приборы надо поднять еще выше, не на десяток-другой, а на сотню и больше километров.

И счетчик космических частиц совершил путешествие на ракете на высоту, не доступную ни стратостатам, ни шарам-зондам, туда, где плотность воздуха в миллион раз меньше, чем у поверхности Земли.

Плотность воздуха в миллион раз меньше, чем у поверхности Земли! Но ведь и об этом мы до недавнего времени знали лишь из теоретических расчетов да наблюдений за метеорами, сгорающими в воздушной броне планеты, за полярными сияниями, сумеречным светом, серебристыми облаками, плавающими очень высоко над Землей.

Астрономы заметили, что вспышки на Солнце, за полтораста миллионов километров от нас, отражаются на состоянии атмосферы Земли, на погоде. Но механизм таких воздействий еще не ясен. Крайне важно было бы раскрыть и эту загадку.

Ракеты, поднимая приборы туда, где солнечные лучи встречаются с воздушной оболочкой Земли, помогают узнать истину и в дальнейшем дадут возможность совершенствовать методы прогнозов погоды.

На больших высотах имеются слои заряженных частиц — электронов и ионов. Отсюда и название этой области: «ионосфера». Об ионосфере нам очень важно знать как можно больше — она броня для радиоволн, от нее зависит дальняя радиосвязь, в том числе и при космическом полете. Ее изучают с Земли, наблюдая за отражением посланных локатором радиоволн. Но только ракета, забравшись в ионосферу, позволила точнее узнать, как распределяются заряженные частицы в атмосфере и каковы они. Сейчас благодаря ракетным полетам мы гораздо лучше представляем себе то, что происходит на высотах почти в 500 километров — почти на половине высоты всей воздушной оболочки Земли!

А разве не интересно географу посмотреть, как выглядит наша планета с огромной высоты? У нас есть превосходные снимки Луны. Телескоп приблизил лунную поверхность, и на фотографиях так отчетливо видны все подробности рельефа, как если бы мы наблюдали его из окна ракеты, с высоты всего нескольких сотен километров. Стратостаты привозили нам фото Земли с высоты двух десятков километров. На этих снимках Земля плоская, и надо подняться гораздо выше, чтобы убедиться в том, что наша планета — шар, что мы жители земного шара. Фотоаппарат на ракете сделал снимки земной поверхности с высоты двухсот и более километров. Сквозь вуаль атмосферы видна Земля, как на крупномасштабной рельефной карте. И ясно видно, что перед нами кусочек поверхности шара.

Поставлены были и другие интереснейшие опыты в «стране загадок», как можно справедливо назвать верхнюю атмосферу.

Давно известно о свечении ночного неба. Солнце зашло, но полной темноты нет. И в этом не повинны звезды, не только благодаря им светится небо. Предполагали, что виновник свечения — кислород. На большой высоте солнечные лучи расщепляют кислородные молекулы на атомы, а потом начинается обратный процесс, при котором выделяются свет и тепло. Но так ли это на самом деле? Окись азота ускоряет переход кислорода из атомарного в молекулярный. Ее и послали в баллоне на ракете в верхние слои атмосферы. Как только газ был выпущен из баллона, яркая вспышка озарила небосвод. Небо светилось несколько часов. Опыт, поставленный в самой атмосфере, дал ожидаемый результат.

Удалось с помощью ракеты искусственно вызвать и другое явление — метеорит. В головку ее поместили связку гранат. Взрыв — и осколки с огромной скоростью врезались в атмосферу. Наблюдая за ними с Земли, удается получать интересные данные для космической аэродинамики, которая изучает движение с большими скоростями в сильно разреженных газах.

Чтобы отмечать крошечные метеориты, множество которых носится в мировом пространстве и залетает в атмосферу Земли, в обшивке ракеты установили специальные приборы — своего рода ловушки мельчайших метеорных частиц. Стоит одной такой частичке удариться о нее — в приборе сейчас же возникают электроколебания, которые тем сильнее, чем сильнее удар. О граде этих ударов радио сообщает на Землю. Оказалось, что на некоторых высотах метеорный дождь особенно силен. Чтобы строить спутники и межпланетные корабли, знать это необходимо.

Так с появлением ракеты — нового разведчика больших высот — начался новый этап в изучении и покорении воздушной стихии и ближайших к нам областей мирового пространства.

Конечно, это все еще только начало. Трудности создания летающей лаборатории чрезвычайно велики.

Плавно поднимается вверх воздушный шар. Стратонавты могут регулировать скорость подъема, заставить стратостат остановиться, чтобы произвести наблюдения. На «потолке», в высшей точке подъема, они находятся час, полтора, два и больше. За это время многое можно успеть сделать.

Сложнее вести наблюдения с ракеты, которая мчится быстрее снаряда дальнобойного орудия, все ускоряя полет, пока работают двигатели. В распоряжении приборов считанные минуты полета. Они должны мгновенно отзываться на перемену условий. А ведь всякий измерительный прибор обладает инерцией, и его показания могут отставать, когда обстановка быстро меняется.

Приходится обходить эти трудности. Вместо одной величины, которую трудно прямо измерить, измеряют другую, связанную с нею определенной зависимостью. Так, например, известно, что скорость звука зависит от температуры среды. И вместо того чтобы измерять температуру, можно узнать, как изменяется скорость звука при полете ракеты на разных высотах. Зная это, нетрудно вычислить и температуру.

Инерцию приборов уменьшают, создавая для них все более чувствительные «органы чувств» — приемники измеряемых величин. Так используют полупроводники, реагирующие — и притом практически мгновенно — на изменение температуры в тысячные доли градуса. Ими уже можно пользоваться при полетах хотя бы и в пять-семь раз быстрее звука — с такими скоростями летают сейчас высотные ракеты.

Приходится учитывать и то, что случается в полете с самой ракетой. Она нагревается при трении о воздух, а это, несомненно, влияет на показания прибора. На большой скорости возникают воздушные уплотнения. Они могут отразиться на показаниях манометра, приемник которого обтекается сверхзвуковым потоком.

Ракета может отклониться в полете, а приемник солнечных лучей должен быть обращен все время к солнцу. Автоматическое устройство с фотоэлементом — «искатель Солнца» — помогает непрерывно ловить солнечные лучи.

Приборы для исследования излучений или автоматические фотоаппараты помещают в головку ракеты, которая отделяется от нее «на потолке» и отдельно на парашюте спускается на Землю.

Мы сказали, что ракетные исследования верхней атмосферы еще только начинаются. Это и верно и неверно в одно и то же время. Верно, так как не в пример шарам-зондам подъемы ракет еще не слишком часты и недостаточно систематичны. Ведь каждый полет ракеты — дорогое и сложное дело. Но они поднимаются все выше и чаще, их потолок достиг многих сотен километров, и сотни высотных полетов уже совершены во всем мире.

Можно думать, что со временем геофизики станут регулярно зондировать ракетами атмосферу, систематически изучая самые высокие области воздушного океана. Это расширит наши знания о «кухне погоды». Человек будет не только наблюдателем, но и хозяином воздушной стихии, повелителем грозных сил природы.