Современное зондирование атмосферы


Сейчас самолетное зондирование атмосферы широко распространено. Для этого используются новейшие типы самолетов, строятся специальные метеорологические приборы. Регулярно самолеты пока поднимаются до небольшой сравнительно высоты — 6-8 километров, так как более высокие подъемы требуют применения специальных костюмов или герметических кабин.

Но человеку этого мало! Его мысль непрерывно стремится вверх, к еще неизведанным далям. Сейчас она направлена на широкое осуществление высказанной русским революционером Кибальчичем и разработанной русским же ученым К. Э. Циолковским идеи ракетных полетов. Ракеты позволяют проникнуть в недоступные до сих пор высоты свыше 100 километров и получать оттуда нужные нам введения о химическом составе и физических свойствах атмосферы. На рис. 10 воспроизведена фотография земной поверхности, сделанная с высоты 162 километров, с ракеты. На снимке хорошо видна шарообразность Земли.

Наряду с подъемами человека в стратосферу на аэростатах и стратостатах широко развивались способы подъема приборов без его участия. Преимущества этого метода исследования заключаются в его дешевизне и безопасности. Еще М. В. Ломоносов изобрел «аэродромическую машину» для подъема приборов на большую высоту. Он же вместе со своим другом академиком Рихманом поднимал в воздух змей для исследований атмосферного электричества.

Впоследствии змеи стали применяться не только для исследований», грозового электричества, но и для измерения других метеорологических элементов: температуры, давления и влажности воздуха, ветра. В 1876 году на змеях поднимался человек. Это был конструктор первого в мире самолета А. Ф. Можайский. В конце XIX века этот метод наблюдений широко распространился, и «змеиное дело», как говорили тогда, стало очень популярным.

Метеорологические змеи имеют большие размеры.

Они выпускаются на стальной проволоке, сматываемой и наматываемой с помощью моторной лебедки.

Хотя змей и трудно «загнать» на большую высоту, все же довольно регулярно добивались подъемов до 5-6 километров. Рекордной была высота 9 километров.

К проволоке на некотором расстоянии от змея подвешивается прибор, автоматически записывающий изменения с высотой давления температуры, влажности воздуха и иногда ветра. Он называется метеорографом. После спуска на землю запись приборов обрабатывается и используется в научной работе.

Наряду со змеем для исследований атмосферы применяются и другие способы. Для наблюдений над ветром широко используются «шары-пилоты». Так называется небольшой наполненный водородом резиновый шар диаметром 1-2 метра, выпускаемый в воздух. Поднимаясь вверх, он вместе с тем уносится ветром. Наблюдая в специальные оптические приборы теодолиты за движением шара, удается довольно точно определить направление и скорость ветра на разных высотах над поверхностью Земли.

Но шар-пилот виден только в том случае, если он не закрыт облаком, то есть в хорошую погоду, а важнее измерять ветер как раз при ненастной погоде. Применение радиолокации позволило добиться и этого. С этой целью к шару-пилоту подвешивается металлическая крестовина, отражающая радиоволны. Это позволяет радиолокатору «видеть» шар при любой погоде и за облаками, а стало быть, получать данные о ветре в любых условиях.

С 1892 года к таким же шарам-пилотам, но несколько большего размера, чем описанные, стали подвешивать специально сконструированные малые по величине и легкие метеорографы, непрерывно записывающие давление, влажность и температуру воздуха. Такой «шар-зонд» выпускается в воздух, поднимается до большой высоты, наконец его оболочка разрывается, и прибор на парашюте опускается на Землю. Найдя прибор, по записи узнают, какими были в день выпуска зонда температура, давление и влажность воздуха на разных высотах.

Недостаток этого способа заключается в том, что прибор опускается в неизвестном, иногда необжитом или недоступном месте и поэтому часто теряется. В лучшем случае, когда прибор все же находят и запись остается целой, использовать результаты таких наблюдений удается не скоро. Поэтому почти одновременно с развитием радио возникла мысль о его применении для исследований атмосферы. Принцип прибора названного «радиозондом», разрабатывался, начиная с 1923 года в СССР профессором П. А. Молчановым. Первый в мире радиозонд был выпущен в Павловске (Слуцке) под Ленинградом 30 января 1930 года и с той поры выпущены многие тысячи их (см. вклейку после сто. 32). Радиозонды достигают высоты 20-25 километров.

Радио вообще все больше и больше проникает в метеорологию и расширяет ее возможности. Ведь и первый радиоприемник, изобретенный Поповым в 1895 году, был «грозоотметчиком», то есть прибором сигнализирующим о приближении грозы. Попов улавливал те вызываемые грозою помехи, которые так неприятны радиослушателям. Но метеорологам эти помехи оказывают большую пользу, так как с их помощью удается определить приближение грозы.

Радиолокатор позволяет «видеть» не только приближающуюся грозу, но и мощные облака, определять высоту облачных слоев, местоположение падающего дождя. А в высоких слоях порядка сотен километров радиолокатор позволяет определять высоту и движение вторгающихся в атмосферу метеоров и, особенно, движение их «следов» как во время сильного «звездного дождя», так даже и для отдельных метеоров, и отсюда узнать, какой ветер дует на этих высотах.

Для исследования очень больших высот атмосферы применяются и другие способы. Часть из них базируется на непосредственных наблюдениях, часть — на косвенных методах. Звуковые волны от мощных взрывов как случайных, так и специально сделанных, позволяют составить представление о температуре и плотности высоких слоев атмосферы. Широко используются данные о прохождении радиоволн. Исследование полярных сияний и явлений сумерек дает нам материал для суждения о физическом состоянии еще более высоких слоев атмосферы, достигающих уже многих сотен километров. Обо всем этом подробнее будет рассказано дальше.

Из приведенного краткого перечня видно, какое большое количество наблюдений используется современной метеорологией, какие разнообразные способы применяются для их производства, как сложны эти работы и как высоко нужно при этом подниматься. Необходимость этого отмечалась уже раньше. Атмосфера едина, и чтобы понять совершающиеся процессы, надо изучить ее во всех частях земного шара и во всей ее толще.