В дни войны и в дни мира мы вовлекаем в наш труд и в нашу борьбу все стихии — и воду, и землю, и воздух, и солнечные лучи.
Мы заставляем силы природы не только на нас работать, но и нас защищать. Реки освещают наши города, приводят в ход станки, движут поезда. Те же реки в дни войны разливаются, когда надо преградить путь врагу, и расступаются, когда надо пропустить вперед наши войска.
Ветер засевает просеку в лесу семенами деревьев. И ветер несет дымовое облако, защищая переправу.
Но можно ли уже сказать, что стихии нам покорны?
Нет, они еще восстают против нас. И мы не всегда умеем их усмирять и предвидеть их поведение
Река, работающая в тисках плотин,— это не прирученная, смирная лошадь, а скорее хищник на арене цирка.
Дрессированный хищник послушен каждому знаку дрессировщика. Но почему же весь зал замирает от волнения, когда укротитель кладет руку в пасть зверя? Сегодня зверь тих и послушен, но кто может поручиться, что завтра он не кинется на своего хозяина?
Покорение стихии еще не скоро будет доведено до конца. Оно только начинается.
Мы следим за движением огромных воздушных масс, идущих над землей.
Всюду расставлены наши сторожевые посты.
Но мы еще не можем приказать холодному северному воздуху свернуть с дороги и не губить наших садов.
Даже небольшому дождевому облаку мы не можем велеть пролиться дождем на жаждущее поле.
И мы еще не всегда правильно предсказываем, где и когда это облако прольется.
Мы многого еще не можем.
Не можем, потому что не знаем.
Но то, что еще невозможно для нас на широкой арене природы, уже готовится, уже зреет в тишине лабораторий, в научных институтах и обсерваториях.
Сотни институтов и обсерваторий изучают жизнь стихий.
Океанами занимается Океанографический институт.
Какие животные и растения населяют море? И можно ли по обитателям водной массы понять, что это за масса и чем она отличается от других?
Каков состав морской воды и какие химические превращения происходят в море?
Из чего сложено морское дно и как меняются морские берега? Можно ли заставить море работать, как уже работают реки? Как обуздать морские приливы и волны, чтобы их огромная сила не пропадала даром для человека?
Как помочь инженерам строить корабли и портовые сооружения? Как лучше ловить рыбу? Как безопаснее плавать во льдах?
На все эти вопросы отвечают в своих работах Океанографический институт, Черноморская гидрофизическая станция и другие морские институты.
Государственный гидрологический институт исследует воды суши. В его ведении все, что касается рек, озер и болот. Ледоходы, половодья, паводки, наводнения, движение воды под землею и по земле, формирование стока, описание рек, химия и физика воды — это далеко не полный перечень того, чем занимается Гидрологический институт.
Воздушную стихию изучают Главная геофизическая и Центральная аэрологическая обсерватории.
О том, как работают аэрологи, о радиозондах, о летающих обсерваториях, о стратостатах и субстратостатах уже шла речь в этой книге.
Дело это новое. И не удивительно, что Центральная аэрологическая обсерватория — самый молодой из всех научных институтов Гидрометслужбы СССР.
Обсерватория была создана в 1940 году, и большая часть ее еще недолгой жизни прошла в боях с врагом. А бортаэрологи живо помнят, как им приходилось летать на невооруженных самолетах у самой линии фронта: враг был в восьми километрах от обсерватории.
И все же, несмотря на всяческие трудности, обсерватория успела к 1946 году стать одним из самых мощных аэрологических учреждений мира.
Мне показали пятнадцать толстых томов сочинения, над составлением которого трудилось сорок человек.
Здесь собраны все наблюдения, которые были произведены с помощью самолетов и радиозондов во время шести тысяч подъемов. Одних только стратосферных полетов радиозондов было тысяча четыреста.
Эти пятнадцать томов послужат основой для многих будущих работ и книг. Метеорологи будут находить здесь материал для исследования атмосферы. Строители самолетов и воздушных линий, завоеватели стратосферы, радиоинженеры, работающие над новыми способами радиолокации, и многие другие исследователи и изобретатели будут перелистывать эти тысячи страниц, отыскивая в них данные для расчета.
Но пятнадцать томов цифр — это только часть научной добычи, которую собрали и собирают в воздушном океане летающие станции Центральной аэрологической обсерватории.
Кроме самолетов и радиозондов, в распоряжении обсерватории имеются и аэростаты различной величины.
Все знают, что у аэростата есть недостаток — им невозможно управлять. Но когда речь идет об исследовании воздушной массы, этот недостаток становится достоинством.
Чтобы исследовать трансформацию воздушной массы, лучше всего отправиться путешествовать вместе с ней. И тут оказывается очень выгодным то, что аэростат покорно подчиняется всем прихотям ветра.
В этой книге уже шла речь о странствиях и приключениях воздушной массы.
Есть люди, которые сами участвовали в этих приключениях.
Мне рассказывал аэролог С. С. Гайгеров, как он летал из Москвы в Новосибирск вместе с кАВ — континентальным арктическим воздухом. Это был самый дальний и самый длительный из полетов на аэростате: он продолжался шестьдесят девять часов!
Когда подходили к Уралу, часть воздушной массы пошла в обход, а часть перевалила через горы в самом высоком месте. Аэростат оказался в том потоке, который перевалил через горы. И тут аэронавты на собственном опыте испытали, что происходит с воздухом, когда он идет сначала вверх, а потом вниз.
Когда воздух поднялся, он стал холоднее. Влага сгустилась облаками. Из облаков повалил снег.
Аэростат тоже охладился, отяжелел, провалился в облака. Ветер нес его прямо на гору со скоростью шестидесяти километров в час Еще немного — и корзину хлопнуло бы о каменный склон.
Пришлось рискнуть: сдать весь балласт.
Аэростат пошел вверх, пробил облака, поднялся на четыре тысячи метров.
За Уралом воздух стал спускаться и прогреваться от сжатия. Облака рассеялись. Аэростат шел теперь налегке, без балласта — «на подножном корму». Это значит, что в случае необходимости приходилось выкидывать за борт все, что можно было: яблоки, банки консервов, аккумуляторы.
Только приборы аэронавты не выбрасывали ни при каких обстоятельствах. Без приборов полет не имел бы смысла…
У корзины аэростата четыре борта. У каждого борта по столику. На столиках стоят ящики, одетые в чехлы из парашютной ткани. А в ящиках — приборы, которыми в полете исследуют воздушную массу.
Мне показывали в Центральной аэрологической обсерватории всевозможные приборы, которые берут с собой аэрологи, чтобы изучить воздух в воздухе, облака в облаках.
Я заглянул в фотомикроскоп и увидел сетку из квадратиков, а на ней капельки разной величины.
Сколько в облаке капель?
Этот вопрос похож на те, которые задают в сказках, сколько капель в море? Сколько песчинок на морском берегу?
Если бы у сказочных героев были современные приборы, они отвечали бы на такие вопросы без особого труда.
Чтобы подсчитать, сколько капель в облаке, надо знать, сколько в облаке воды и какой величины у него капли. Величину капель дает фотомикроскоп. А водность облака определяют с помощью особого прибора — «психрометра с подогревом». С обыкновенным психрометром для измерения влажности мы уже встречались на метеорологической станции. А тут к нему еще добавлены электрическая печка и вентилятор.
Облако, или, вернее, воздух с висящими в нем капельками воды, протаскивают вентилятором через прибор. Капельки нагреваются от печки и испаряются. И тогда психрометром определяют влажность. Чтобы узнать, сколько в воздухе воды, остается только измерить с помощью обычного психрометра, сколько имеется воды в виде пара, и сделать на это поправку.
Мне пришлось бы исписать много страниц, если бы я захотел рассказать обо всех хитроумных приборах аэрологов.
Я видел термометр, который измеряет температуру мгновенно и записывает ее непрерывно. По сравнению с ним медицинский термометр просто «лентяй»: ему нужно целых десять минут, чтобы измерить температуру.
Я видел микроанемометр — прибор, который способен обнаружить легчайший ветерок, дующий со скоростью в несколько сантиметров в секунду.
Мне показали и другой анемометр, записывающий порывы ветра снизу вверх и сверху вниз.
Тут были и актинометры, измеряющие излучение Солнца, Земли, облаков. Актинометр так чуток, что отзывается на малейшую перемену в освещении облаков. И в то же время он совершенно равнодушен к толчкам, без которых не обходится полет. Стрелка гальванометра, присоединенного к прибору, не обращает на толчки ни малейшего внимания.
Десятки тончайших приборов помогают аэрологам изучать и воздушную массу и облачные толщина фронте между двумя массами.
Бывает, что не один, а три аэростата пускаются сразу в полет на разной высоте, чтобы по пути прощупывать слои воздуха.
Был случай в 1940 году, когда три аэростата вылетели и спустились одновременно. Но самый нижний прошел девятьсот с лишним километров — почти до Архангельска, средний сел на триста километров южнее, а верхний отстал от них еще на триста километров.
А между тем летели они с одной и той же воздушной массой— тропическим воздухом.
Этот полет показал, что воздушная масса расслоилась в пути и каждый слой шел потом со своей скоростью.
Но я так увлекся рассказом о самой молодой из обсерваторий Гидрометслужбы, что забыл о самой старой — о Главной геофизической обсерватории, которой скоро будет сто лет.
Это родоначальница многих наших институтов.
В Главной геофизической обсерватории много отделов.
Один отдел изучает физику атмосферы. Здесь начали свою работу предвычислители погоды.
Другой отдел занят прикладной метеорологией.
Борьба с обледенением и гололедом, вызывание и рассеяние тумана, борьба с заморозками — все это задачи прикладной метеорологии.
В третьем отделе работают климатологи. Какой климат у нас в стране на суше и на море? Как произошли климаты земного шара? Как изменяется климат и можно ли предсказать его изменения? Можно ли предвидеть потепление Арктики, как мы сейчас предвидим завтрашнюю погоду? Такими вопросами занимаются климатологи.
Четвертый отдел — это целая семья лабораторий.
Одна лаборатория изучает путь света в воздухе, другая — путь звука, третья — солнечное излучение, четвертая — атмосферное электричество, пятая — распространение радиоволн.
Мне пришлось бы написать еще одну такую же толстую книгу, как эта, если бы я захотел подробно рассказать обо всех отделах и лабораториях Главной геофизической обсерватории.
Сколько там решается интересных и важных задач!
Взять хотя бы актинометрическую лабораторию, где изучается солнечный свет.
Солнечный свет — это та четвертая стихия, которая оживляет и наполняет движением три другие: землю, воду и воздух.
Без солнечного луча не было бы на Земле ни растений, ни животных. По суше не текли бы реки, в море не было бы течений, в воздухе — ветра.
Но Земля не только получает лучистую энергию, она и отдает ее обратно мировому пространству. Получает золотом — яркими солнечными лучами, а отдает медью — темным, невидимым излучением.
И вот очень важно завести для Земли приходо-расходную книгу, подсчитать, сколько энергии достается любому месту на земном шаре и сколько уходит обратно.
Если бы Земля отдавала все, что получает, это было бы для нас очень плохо. Ведь вот летом полюсу достается больше света, чем экватору, потому что солнце на полюсе летом не заходит. Но пользы от этого мало. Полюс покрыт снегом, и этот снег отправляет обратно четыре пятых всей энергии, которая на него падает.
А на экваторе снега нет, там поверхность земли темная, она меньше отдает сдачи мировому пространству, меньше отражает солнечных лучей. И от этого больше тепла достается почве, растениям, животным.
Много тут значит и прозрачность атмосферы. Атмосфера хорошо пропускает солнечные лучи, она для них прозрачна. А темное, невидимое излучение Земли она пропускает плохо. Огтого-то нам и тепло на Земле: атмосфера для нас — все равно что стекло для парника.
Но бывает, что в атмосферу попадает пыль во время извержения вулканов Или же Земля проходит через облако космической пыли. Тогда атмосфера делается не такой прозрачной, и нам меньше достается солнечных лучей.
А это бывает часто. Известный знаток солнечного света профессор Н. Н. Калитин открыл, что каждый год осенью Земля проходит сквозь облако космической пыли, оставшееся от исчезнувшей кометы.
Много интереснейших задач решает актинометрическая лаборатория, которой руководит профессор Калитин.
Прежде у нас в Павловске был специальный Институт солнца, единственный в мире. Тридцать лет работали там ученые. Но в 1941 году Дворец солнца был разрушен немцами
Солнцем у нас много занимались — не только в Павловске, но и в Ташкенте, и в Иркутске, и во Владивостоке, и в Крыму. Наши ученые сделали по этой части гораздо больше, чем зарубежные.
Cейчас, после войны, изучение солнца должно в нашей стране пойти еще с большим размахом. Да иначе и нельзя.
Мы строим новые города. А при постройке города надо знать «световой климат». Ведь недаром говорят: «Куда не заглядывает солнце, туда часто заглядывает врач».
Мы изменяем географию растений. Для их правильного размещения надо знать лучистый климат страны.
Мы осваиваем пустыни. И мы можем превратить южное солнце из врага в друга, если заставим его помогать нам в работе.
Все наши машины берут свою энергию у солнца, правда, не прямо, а косвенно. Без солнца не было бы ни угля, ни ветра, ни энергии падающей воды.
А теперь мы начинаем брать у солнца энергию прямо, без посредников.
Над этим много поработал в Ташкентской геофизической обсерватории К — Г. Трофимов.
И если вы теперь съездите в Среднюю Азию, вам покажут там и солнечные кухни, и солнечные бани, и солнечные прачечные, и солнечные кипятильники, и даже солнечные самовары.
Солнце там заставляют сушить фрукты и коконы, выплавлять серу, качать воду.
Поглотителем солнечной энергии может быть и большая застекленная теплица, и маленький фотоэлемент, и даже просто лужа, покрытая сверху слоем масла. Рядом, в реке, вода холодная, а в луже под слоем масла, как под стеклом, вода нагревается чуть ли не до кипения.
Солнце может помочь нам не только работать, но и изучать природу. Ученые уже пользуются солнечным лучом для исследования атмосферы. По цвету зари синоптики судят о воздушных массах, которые находятся вдали от нас — на расстоянии тысяч километров. И это дает еще один ключ к предсказыванию погоды.
Солнце далеко от нас Но это не мешает ему участвовать во всех наших делах.
Достаточно сказать, что без солнечного света мы были бы слепы, как кроты.
Но и при свете солнца мы видим не всегда хорошо.
А видимость — это очень важная вещь, особенно теперь, когда мы научились летать.
Что можно и как можно видеть?
Почему мы хорошо различаем издали один цвет и плохо видим другой?
Почему при безоблачном небе в ясную погоду видимость вдруг делается хуже?
На все эти вопросы и на многие другие отвечает лаборатория атмосферной оптики.
А лаборатория радиометеорологии! Она тоже так интересна, что о ней нельзя не сказать хотя бы несколько слов.
Радисту мешают «атмосферики» — треск и шум во время передачи. Но то, что мешает радисту, оказалось полезным для летчика.
Треск получается, когда в атмосфере происходит электрический разряд. Погода вмешивается в программу передачи. Погода говорит по радио.
Этим пользуются наблюдатели на станциях регистрации «атмосфериков». Наблюдатель ловит вращающейся антенной радиосигналы, которые посылает погода. По повороту антенны он определяет, в каком направлении находится грозовой очаг. Самопишущий прибор отмечает на ленте каждый треск, каждый сигнал погоды Сведения об этом посылаются в Центральный институт прогнозов. А там по двум или трем направлениям «засекают» очаг.
Грозовые очаги идут где-то далеко вместе с воздушными массами, с холодным фронтом или циклоном. На метеорологических станциях еще все спокойно: термометр и барометр не сумели почувствовать приближения шторма. А станции регистрации атмосфериков уже получили штормовое предупреждение от самой погоды. И это предупреждение посылается дальше — летчикам, чтобы они знали, где им придется иметь дело с грозовым очагом.
О Центральном институте прогнозов уже много говорилось в этой книге. В этом институте не только составляют прогнозы. Там ищут новые способы быстрее и точнее предсказывать поведение стихии.
Так изучают люди в институтах и обсерваториях три стихии — воду, воздух и солнечный свет.
А четвертая стихия — земля. Где ее изучают?
Трудно было бы перечислить все институты и лаборатории, которые занимаются географией, геологией, геохимией, сейсмологией, геоботаникой и прочими науками, имеющими дело с нашей планетой, со всем, что на земле и что под землей. Но я не могу здесь не вспомнить об Институте земного магнетизма, потому что этот институт изучает не только магнитные свойства земли, но и верхние, самые высокие слои атмосферы.
Отчего бывают полярные сияния?
Отчего вечером, после сумерек, небо продолжает светиться, хотя не видно ни солнца, ни звезд?
Как идут высоко над нами радиоволны?
И что это за таинственная ионосфера, которая на высоте ста километров и больше отражает радиоволны и отправляет их обратно на землю?
Многие такие вопросы решает Институт земного магнетизма.
Высокие слои атмосферы изучают у нас и другие институты: Геофизический институт Академии наук, Абастуманская астрофизическая обсерватория. Работой по изучению стратосферы руководит специальная комиссия при Академии наук СССР во главе с президентом академии С. И. Вавиловым.
Не одним, а многими способами зондируют советские ученые воздушную оболочку планеты.
Сумерки и полярные сияния, ночное свечение неба и отражение радиоволн, падение метеоров и движение серебристых облаков, рассеяние луча прожектора и преломление звукового луча — всеми этими явлениями пользуются наши ученые для исследования стратосферы.
И они уже многое узнали. Они уже представляют себе, как меняется температура атмосферы до высоты ста семидесяти — ста восьмидесяти километров и даже выше.
У земли, как у горячей плиты, воздух нагревается и идет вверх. Наверху он охлаждается и опускается снова к земле. Такое перемешиванье выравнивает температуру в тропосфере. Если бы его не было, температура падала бы с высотой гораздо быстрее, чем на самом деле. На высоте десяти километров было бы не –50°, а –100°.
У границ стратосферы, выше девяти — одиннадцати километров, температура перестает падать и начинает повышаться.
Это можно объяснить только тем, что в стратосфере сравнительно много озона — особенно на высоте двадцати двух — двадцати пяги километров. Озоновый экран задерживает лучистое тепло — инфракрасные лучи, уходящие от Земли в мировое пространство.
А откуда берется в стратосфере озон? Его непрерывно создают солнечные ультрафиолетовые лучи, которые дробят на атомы молекулы кислорода.
Одна молекула и один атом кислорода, соединяясь, дают молекулу озона (химики выражают это в таких равенствах: O2 = O + O; O2 + O = O3).
Так невидимые лучи солнца создают преграду для невидимых лучей земли.
А из-за этого температура в стратосфере доходит до +75° на высоте шестидесяти километров.
Дальше температура опять опускается ниже нуля — до –10° на высоте восьмидесяти километров, а потом снова на чинает подниматься.
Выходит, что на этой высоте, так же как на нижней границе стратосферы, происходит перелом от падения температуры к подъему.
Изучая ветер в стратосфере, ученые обнаружили странную вещь: господствующие ветры дуют на нижней границе и на высоте восьмидесяти километров в противоположные стороны — как пассаты и антипассаты.
Должно быть, там, в стратосфере, тоже есть свои колеса циркуляции. С огромной скоростью вертятся эти колеса, выравнивая и состав и температуру воздуха.
Еще выше температура продолжает подниматься и доходит до +700° на высоте ста восьмидесяти километров…
В ионосфере тоже есть свои ветры и свои облака. Но эти облака не водяные, а ионные. Такое облако отличается от окружающего пространства только тем, что в нем носится среди молекул и атомов больше ионов и электронов?
Но откуда в ионосфере ионы и электроны?
Чтобы это понять, наши ученые попробовали измерить число ионов во время солнечного затмения. И оказалось, что когда солнечный диск закрыт, ионов в ионосфере делается меньше.
Значит, это солнце виновато в том, что в ионосфере есть ионы.
Ионов становится больше, когда через центральный меридиан Солнца проходят большие солнечные пятна. И это опять указывает на глубокую связь между жизнью ионосферы и жизнью Солнца.
Солнце посылает Земле и лучи, и потоки заряженных частиц. Эти-то посланцы и ионизируют верхние слои атмосферы. Если бы не Солнце, положительные и отрицательные ионы нейтрализовали бы друг друга. В ионосфере исчезли бы ее проводящие слои. Дальняя радиосвязь стала бы невозможной.
Каким-то образом ионосфера влияет и на погоду.
Недавно ученые обнаружили, что есть связь между количеством ионов на высоте ста километров и давлением воздуха у поверхности земли.
Заметили, что и озонный экран стратосферы тоже участвует в делах погоды: перед прохождением фронта меняется содержание озона в стратосфере.
Обо всем этом рассказывается в интересной статье проф. И. А. Хвостикова, напечатанной в № 1 «Вестника Академии наук СССР» за 1948 год.
Так ученые начинают нащупывать новые пути, которые ведут из тропосферы в стратосферу, а оттуда к Солнцу и в глубину солнечных пятен.
Есть, вероятно, какое-то родство между бурями на Солнце и бурями на Земле, между земными циклонами, несущими дожди, и вихрями в раскаленной атмосфере Солнца.
Может быть, здесь-то и будет найден ключ к решению загадки: как земная погода зависит от того, что творится в ионосфере и еще дальше — на Солнце? И тогда для составления прогнозов синоптик будет наносить на карты и графики не только показания метеорологических и аэрологических станций, но и данные, полученные из высот ионосферы.
А пока ионосферная служба помогает не синоптикам, а радистам.
Кроме службы погоды, теперь есть и ионосферная служба. Она следит за ионосферой и дает прогнозы: когда радиосигналы будут слышны и когда радиосвязь прекратится по вине изменений, которые происходят в ионосфере.
Сотни институтов и обсерваторий, тысячи станций следят за жизнью стихии, наблюдают и изучают ее.
Но для того, чтобы изучать природу, одних только наблюдений мало. Тут нужен и опыт.
Источник: