В 25 км от Ленинграда, вблизи обширного парка в Слуцке, стоит каменный дом с башней. Это Институт аэрологии. Ежедневно утром и после полудня можно видеть, как на башню поднимается человек. Вслед за этим на башню снизу по проволоке взлетает небольшой резиновый шар. Отвязав шар от кольца, человек выпускает его в воздух и следит за ним в специальный угломерный прибор — теодолит. Через каждую минуту его помощник отсчитывает и записывает два угла — вертикальный и горизонтальный по кругам теодолита. Шар поднимается непрерывно вверх и в то же время уносится в сторону ветром. Чем сильнее ветер, тем скорее скрывается шар из поля зрения трубы теодолита. Когда шар уже не виден, наблюдатель спускается в служебное помещение и там при помощи специальных приборов и таблиц «обрабатывает» полученные данные, определяет по ним направление и скорость шара на разных уровнях, т. е. направление и скорость ветра. Через 30—40 мин. после начала наблюдения уже составлена телеграмма, содержащая сведения о ветре на различных уровнях. Телеграмма посылается в Бюро погоды и на ближайшие аэродромы, где эти сведения необходимы летчикам перед их вылетом в очередные рейсы.
Шар, который дает возможность исследовать таким путем воздушные течения, носит название «шара-пилота». Резиновая оболочка шара-пилота наполняется водородом. Делают оболочки различной величины, обычно трех размеров; в состоянии, готовом к полету, шары имеют от 100 до 200—250 см по окружности.
Когда оболочка достаточно раздута, горловина ее завязывается узлом и шар выпускается на свободу. Шар, у которого окружность оболочки раздута до 250 см, уходит вверх со скоростью около 200 м в минуту.
 |
| Дважды в день появляется на башне человек. Он держит в руках небольшой резиновый шар. |
*
В Институте аэрологии, о котором шла речь, наблюдения за шаром-пилотом ведутся при помощи точных больших теодолитов, установленных на башне. Но по всей стране имеется сеть так называемых «пилотных пунктов», ведущих более грубые наблюдения: там теодолиты применяются менее точные и устанавливаются они на достаточно открытом месте прямо на земле, на простой треноге.
Поднимаясь вверх, шар все более и более раздувается, так как с высотой атмосферное давление падает. Наконец, сила давления водорода внутри шара разрывает резиновую оболочку, — шар лопается. При хорошем качестве оболочки это происходит на высоте 10—15 км. Во время сильного ветра шар быстро уходит по горизонтали за пределы видимости, при слабых же ветрах его нередко удается наблюдать до момента разрыва. В редких случаях шар-пилот поднимается до 18—20 км.
На крупных аэрологических станциях шары-пилоты наблюдаются с двух пунктов, расстояние между которыми известно. Тогда высота, на которой находится в тот или иной момент шар, определяется с помощью тригонометрических вычислений весьма точно.
Шары-пилоты выпускаются не только днем, но и в ночное время, тогда к шару подвешивается внизу небольшой бумажный фонарик, внутри которого помещена свечка. Такой фонарик достаточно легок и не влияет на высоту подъема шара. Бумажные лопасти фонарика внизу разрезаны, чтобы при падении шара свечка, если она не успела догореть, потухла. Бумажными фонариками пользуются и при наблюдениях на аэрологических станциях в Арктике, во время полярной ночи.
 |
| Шары-пилоты выпускаются не только днем, но и ночью. Тогда к шару привешивается снизу небольшой бумажный фонарик, внутри которого помещается свечка. |
Пилотные станции, наблюдающие только ветер, широкой сетью раскинуты по всей стране. Они имеют немалое значение для прогнозов погоды и обслуживания авиации. Ни один аэропорт не обходится теперь без наблюдения за ветром с помощью шаров-пилотов.
*
Знать воздушные течения в атмосфере очень важно и для авиации, и для предсказаний погоды, и для других целей. Но один ветер еще не определяет всего состояния атмосферы. Необходимо знать также и температуру, и влажность, и давление воздуха на разных высотах, словом, все то, что дают обычные метеорологические станции для земли. Недаром физик XVII в. Торичелли сказал, что «мы живем на дне воздушного океана». Во времена Торичелли удавалось исследовать только «дно», а теперь человек забирается все выше и выше в стремлении изучить и освоить высокие слои атмосферы. Наблюдать на поверхности земли — дело сравнительно простое. Здесь приборы устанавливаются на постоянной неподвижной основе. Поднять же эти приборы в воздух и обеспечить их правильные показания настолько сложно, что исследования верхних слоев атмосферы удалось проводить более или менее систематически лишь в последние 30—40 лет.
Для исследования высоких сдоев атмосферы служат так называемые метеорографы — самопишущие приборы, в которых запись получается на вращающемся барабане. Атмосферное давление измеряется здесь с помощью металлической трубки, из которой выкачан воздух, как в обычном барометре — анероиде. Температура определяется при помощи пластинки, спаянной из двух металлов, которые при изменении температуры расширяются различно, поэтому пластинка изгибается. Влажность определяется изменением длины пучка человеческих волос, обладающих «гигроскопичностью» — свойством впитывать влагу. Связанные с этими приборами перья чертят кривые на барабане, который приводится во вращение часовым механизмом или пропеллером.
Метеорографы поднимаются вверх или на резиновых шарах, или на воздушных змеях, или, наконец, на самолетах. Аэрологические змеи, конечно, не такие, какие пускают дети для забавы, хотя первые попытки исследователей атмосферы и были сделаны на змеях, похожих на игрушечные. Змеи для исследования атмосферы имеют форму трехгранной или четырехгранной призмы и делаются из легкого и прочного материала (каркас из бамбука или дюралюминия, обтягиваемый хорошей бумажной или шелковой материей). Запускаются аэрологические змеи на металлическом тросе при помощи ручной или механической лебедки. Змей может подняться при соответствующем оборудовании до 9 км. Однако в последнее время в связи с развитием линий высокого напряжения вокруг населенных центров змейковые наблюдения все более выходят из употребления, так как соединение змейкового, троса с электролинией может вызвать серьезные аварии и даже человеческие жертвы.
 |
| Для исследования верхних слоев атмосферы метеорологические приборы поднимаются на больших коробчатых змеях. |
 |
| Этот прибор служит для исследования верхних слоев атмосферы. Поднимается он вверх на змеях. |
Значительно больших высот, чем змеи, достигают так называемые шары-зонды. Их наибольшая высота доходит до 35—36 км. Шар-зонд представляет собой тот же шар-пилот, только большего размера. К нему привязывается метеорограф, как и при исследованиях с помощью змеев, но значительно более легкий. Чтобы прибор при падении на землю после разрыва шара не разбился и чтобы его легче было обнаружить, к шару, несущему прибор, присоединяется другой шар меньшего размера, который надувается настолько, чтобы он не мог один поднять прибор вверх. Когда большой шар на максимальной высоте лопается, маленький остается целым и плавно опускается с прибором на землю. Болтающийся шарик привлекает внимание прохожих; на чехле же прибора имеется надпись с указанием адреса обсерватории и вознаграждения лицу, нашедшему и доставившему туда прибор. Обычно большая часть приборов возвращается на станцию, выпустившую зонд, если дело происходит в населенной местности, особенно летом, в разгар работ на колхозных полях. На станции лента с записью снимается с барабана и обрабатывается, а прибор после ремонта и проверки вновь годен для полета.
 |
| Большой шар уносит вверх радиозонд. Наблюдатель спешит в специальное помещение, где принимает сигналы радиозонда о различных элементах погоды на том или ином уровне воздушного океана. |
При помощи таких шаров-зондов и была впервые открыта в 1902 т. стратосфера — та область воздушной оболочки нашей земли, которая заняла такое важное место в научных исследованиях последних лет.
*
Как известно, земная поверхность, нагретая солнечными лучами, передает свое тепло вверх воздушным слоям. Ясно, что наиболее нагреты те слои, которые находятся ближе к земной поверхности. Поэтому, вообще говоря, температура в атмосфере с высотой непрерывно падает — каждые 100 м, примерно, на полградуса. В жаркий летний день, когда на земле 25° тепла, на высоте 10 км царит холод в 40—45°.
Но вот, когда с усовершенствованием техники шары-зонды, поднимавшиеся вначале лишь на небольшую высоту, стали подниматься на 10 км и выше, обнаружился неожиданный факт: начиная с высоты 9—11 км температура, дойдя до наиболее низкого значения (минус 45— 50°), перестает падать и даже начинает повышаться. Вначале думали, что это явление вызвано непосредственным нагреванием приборов солнечными лучами. Но в результате многочисленных исследований и днем и в ночное время стало очевидным, что здесь имеет место вполне реальное повышение температуры в атмосфере, получившее название «верхней инверсии» (обращение) температуры в отличие от непостоянных повышений, встречающихся иногда в нижних слоях. Впервые инверсия была открыта французом Тейсерен де Бором и немцем Ассманом. Вся часть атмосферы, лежащая выше той границы, где начинается потепление, получила название «стратосферы», а часть, лежащая ниже этой границы, — «тропосферы». Самая же граница называется «тропопаузой».
За те 35 лет, которые прошли со времени открытия стратосферы, она исследована до высоты 36 км, и оказывается, что температура в этих слоях так и остается до самого конца постоянной — для средних широт около минус 40—50°. Что дальше — до сих пор остается неизвестным: еще никому пока не удалось забросить приборы выше 36 км.
Ученые всех стран непрерывно работают над вопросами стратосферы, с каждым годом совершенствуются методы ее изучения, и можно ожидать, что ближайшее же время принесет в этом отношении много нового. Советский Союз занимает одно из первых мест в мире по достижениям в области исследования высоких слоев. Достаточно вспомнить хотя бы героические полеты наших стратонавтов, стратосферные полеты Коккинаки на самолете и т. п. При Академии наук СССР образована специальная комиссия, руководящая всесторонними исследованиями высоких слоев атмосферы в нашей стране.
*
Исследования атмосферы с помощью шаров-зондов не могут производиться всюду и при всех условиях. Необходимо, чтобы прибор с записью был найден и неповрежденным доставлен на аэрологическую станцию. Однако зонд нередко падает далеко от жилья, в лесу, в болоте и не находится вовсе. В малонаселенных местностях, в степях, в пустынях, в ледяных просторах Арктики шансы на нахождение приборов совсем ничтожны. А между тем распределение температуры в полярных областях представляет как раз особый интерес для выяснения процессов, управляющих погодой. И вот мысль исследователей всех стран направилась на разрешение задачи — получить непосредственную передачу показаний, всех метеорологических приборов с различных высот при помощи радио. Такой «радиозонд» был сконструирован в последние годы в различных странах, но первое законченное исследование атмосферы с помощью радиозонда оригинальной конструкции было осуществлено в Институте аэрологии в Слуцке проф. П. А. Молчановым. Радиозонд, выпущенный 30 января 1930 г., поднялся на 9 км, непрерывно передавая сигналы. И уже через 40 мин. после подъема результаты исследования были переданы в Бюро погоды.
 |
| Радиозонд системы проф. П. А. Молчанова позволил наиболее полно исследовать верхние слои атмосферы. |
Прибор проф. П. А. Молчанова основан на следующем принципе. Перо, связанное с приемником температуры, перемещается по системе четырех серебряных гребенок. Эти гребенки расположены так, что в каждый момент перо может находиться только на одной из них. Каждая гребенка соединена с соответствующей ей пластинкой. Против этих пластинок с помощью пропеллера, приводимого в движение струей воздуха при подъеме шара, вращается ось, на которую насажены звездочки с различным числом углов или лучей — с одним, двумя, тремя и четырьмя. Проходя мимо пластинок, эти звездочки дают соответствующее число контактов — один, два, три или четыре. Каждый контакт передается с помощью коротковолнового передатчика по радио в виде звуков, а так как каждая из пластинок связана с определенной гребенкой, то по числу контактов, принимаемых на радиоприемнике, можно судить о том, на какой гребенке находится перо. Положение же пера зависит от температуры воздуха в том слое, где находится прибор. Таким образом, изменения температуры автоматически передаются по радио.
На этом же принципе основана автоматическая передача по радио и других метеорологических элементов — давления и влажности.
Прибор проф. П. А. Молчанова весил вначале с батареями и передатчиком около 2 кг. В настоящее время он облегчен, но все же для подъема такого прибора нужно применять большие шары или же брать несколько шаров — иногда до 20 штук. Летящая гирлянда таких шаров производит внушительное впечатление. На «гирлянде» радиозонд достигает высоты 7—9 км, на больших шарах — обычно до 25 км.
 |
| Радиозонд поднимается вверх на целой гирлянде воздушных шаров. За его пуском наблюдают в специальный прибор — теодолит (у теодолита проф. П. А. Молчанов). |
*
Институт аэрологии в Слуцке производит подъемы радиозондов ежедневно два раза (днем и ночью) и располагает сейчас богатейшим материалом по исследованию атмосферы, какого нет ни в одной стране. На последней международной конференции по высоким слоям атмосферы была принята резолюция, в которой указывалось, что СССР может служить образцом в этом отношении.
Кроме Слуцка, наблюдения с помощью радиозондов ведутся еще в 10—12 центрах нашего Союза. Например, в Тбилиси летом 1936 г. был выпущен уже сотый по счету радиозонд. В Ершовском районе, близ Саратова, к 1937 г. число зондирований также превысило 100.
Здесь производятся специальные исследования атмосферы во время засухи, которые должны выяснить особенности распределения температуры и влажности в высоких слоях при засушливых типах погоды.
 |
| Эти большие шары наполняются водородом. Они предназначены для подъема радиозонда. |
Радиозонды советской конструкции сыграли большую роль во время 2-го Международного полярного года: вследствие сравнительной простоты и дешевизны их применяли не только на советских, но и на заграничных арктических станциях. Еще недавно в газетах сообщалось, что большая партия радиозондов системы проф. П. А. Молчанова была отправлена в Индию. Ни одна из наших арктических экспедиций не обходится без наблюдений с помощью радиозондов, которые производятся аэрологами-полярниками, прошедшими специальные курсы.
*
Поднимаются иногда метеорологические приборы и на самолетах. Эти метеорографы весьма близки по конструкции к змейковым. В последнее время во Франции «с развитием парашютного спорта по примеру СССР», как пишет французский журнал «Метеорология», стали применяться метеорографы специальной конструкции, которые прикрепляются к поясу парашютистов для исследования атмосферы во время прыжков. Таким образом, получается большой научный материал, позволяющий, в частности, выяснить условия погоды, наиболее благоприятствующие парашютному спорту.
Аэрология — наука еще молодая. Перспективы, открывающиеся перед ней, весьма обширны и заманчивы. Советский Союз занимает ведущее место в этой науке и, несомненно, сохранит его и в будущем благодаря совместным усилиям наших ученых и идущей им на смену молодежи, желающей разгадать «тайну стратосферы».
Комментариев нет:
Отправить комментарий