Стратосфера


Обнаруженное с высотой понижение температуры в тропосфере было таким постоянным и так легко объяснялось удалением от нагревающей воздух поверхности Земли, что эту особенность долгое время считали основным свойством атмосферы, характерным для любой высоты.

Но первые же подъемы шаров-зондов с резиновой оболочкой, позволив­шей достичь значительных высот, принесли с собой большую неожидан­ность. Оказалось, что падение температуры прекращается в средних широтах на высоте около 10 километров; далее температура остается постоянной или даже несколько повышается.

Эти данные так сильно шли вразрез с установившимися представле­ниями, что вначале им не поверили. Перед следующими выпусками при­боры стали проверять особенно тщательно, и тем не менее каждый новый подъем упорно подтверждал то же. Тогда виновником непонятного пре­кращения падения температуры сделали Солнце, предположив, что его лучи особенно сильно нагревают приборы после определенной высоты, где резко уменьшается плотность воздуха. Шары-зонды стали выпускать ночью... и результат остался прежним. Он повторялся всюду, в разное время суток и года, в разных районах, и хотя прекращение падения с вы­сотой температуры начиналось на разных высотах, — оно наступало не­изменно.

Пришлось согласиться с тем, что законы, действующие в нижних сло­ях атмосферы, не распространяются на большие высоты. Атмосферу раз­делили на два слоя: нижний, где температура с высотой понижается, — тропосферу — и верхний, где температура остается неизменной, — стра­тосферу.

Изменение хода температуры от тропосферы к стратосфере происхо­дит не мгновенно. Между ними лежит промежуточный слой толщиной от 1 до 3 километров, который является той зоной, где ход температуры ме­няется, переходя от падения к повышению или неизменности. Этот про­межуточный слой был назван тропопаузой.

Во всех случаях подъемов шаров-зондов до достигавшейся ими пре­дельной высоты общий ход температуры выше тропопаузы был доста­точно постоянным. Отсюда был сделан вывод, что на этих высотах отсутствует вертикальное перемешивание воздуха и нет ветра. Поэтому этот более высокий слой атмосферы и был назван стратосферой. При этом подразумевалось, что наблюдаемый выше тропопаузы ход температуры и другие совершающиеся здесь явления распространяются до верхней границы атмосферы.

Последующие годы принесли большое количество новых фактов о строении высоких слоев атмосферы. Эти факты заставили пересмотреть многие первоначальные предположения и от многих из них отказаться. Среди последних оказалось и убеждение о протяженности стратосферы до верхних границ воздушной оболочки Земли. Теперь мы знаем, что стра­тосфера простирается только до высоты около 85-90 километров. Выше начинается новый слой — ионосфера, имеющая свои, отличные от страто­сферы, свойства.

Что же представляет собой стратосфера? Каковы ее основные свой­ства и особенности? Впрочем, выясним раньше, зачем нам нужно знать все это, зачем тратить так много усилий и средств для раздобывания столь трудно доступных данных. Не делается ли это только ради «чистой науки»?

Конечно, нет. Несколько раз мы уже указывали на связь явлений во всей атмосфере. Нельзя рассматривать все то, что происходит в страто­сфере, изолированно, оторванно от всей воздушной оболочки Земли. Через стратосферу проникает к Земле поток солнечной энергий. Многие явления, наблюдаемые у поверхности Земли, непосредственно связаны с явлениями, происходящими в стратосфере. Наконец, достаточно напом­нить о том, что полеты на больших высотах, в частности в стратосфере, очень удобны как вследствие чрезвычайно малой плотности воздуха, а следовательно и малого сопротивления, оказываемого им летящему ап­парату, так и вследствие отсутствия «нелетных» условий, вызванных плотной облачностью. Все это доказывает практическую важность изуче­ния стратосферы.

Надо подчеркнуть, что огромная роль в исследованиях верхних слоев атмосферы принадлежит советской науке. С 20-х годов текущего столе­тия в Советском Союзе широко развиваются работы в этом направлении. Выше уже упоминался подъем стратостатов, достигших очень большой высоты. Изобретение и широкое применение советских радиозондов позво­лило организовать массовые наблюдения над стратосферой на всех широ­тах и в течение всего года. Впервые произведенное исследование хода звукового луча в нижней стратосфере, применение прожекторов для зон­дирования, разработка ряда других эффективных методов исследования верхних слоев атмосферы ставят советских ученых на первое место в этой области. Уже в 1934 году под председательством академика С. И. Вавилова была созвана всесоюзная конференция по исследованию стратосферы. На-ней были широко поставлены и обсуждены все стороны стратосферных исследований и намечены пути их осуществления.

Итак, что же мы знаем о стратосфере?

Многочисленные и надежные наблюдения подтвердили, что страто­сфера не всегда и не всюду начинается на одинаковой высоте. В полярных районах высота тропопаузы всегда низка — около 7-9 километров; в экваториальном поясе всегда высока — около 15-17 километров. В уме­ренных широтах стратосфера начинается на промежуточных высотах, и здесь колебания высоты тропопаузы бывают вообще наибольшими. Вы­сота тропопаузы, а значит и высота начала стратосферы, не остается по­стоянной в одном и том же районе.

Стратосфера над тропопаузой теплее над полярными районами (минус 45-55 градусов по Цельсию) и холоднее над экватором (минус 70-80 градусов). Прямые измерения температуры в стратосфере шарами- зондами производятся до небольших сравнительно высот, в среднем до 20-25 километров. Значительно малочисленнее подъемы до 30 километ­ров и только отдельные зонды достигли 35-36 километров. Оказалось, что до этих высот открытое первыми зондирующими приборами постоян­ство температуры по вертикали подтверждается. Но впоследствии широ­кое применение получили косвенные методы исследования высоких слоев атмосферы. С их помощью было обнаружено, что неизменность темпе­ратуры сохраняется только до высоты около 30 километров. Выше темпе­ратура начинает резко изменять свою величину. Об этом мы расскажем немного позже, когда речь будет идти о явлениях на соответствующих высотах.