Погода интересует всех

Ответ на этот вопрос дал эксперимент, в ходе которого в атмосферу в ночные часы были введены некоторые инертные газы. Как известно, такие газы не вступают в химические реакции с другими элементами. Введение инертных газов не сопровождалось оптическими явлениями. Так было доказано, что в предшествующих опытах действительно имели место химические реакции. Таким образом, удалось получить первое прямое указание на наличие в высоких слоях атмосферы не только атомарного кислорода, но и атомарного азота.

Проблемы химии высоких слоев атмосферы гораздо сложнее и труднее проблем химии тропосферы. Газы ионосферы невозможно попросту уловить в какой-либо контейнер и доставить на земную поверхность для лабораторного анализа. Химически активные газы (кислород, окись азота и др.), будучи заключены в контейнер, немедленно рекомбинировали бы. Если они не подвергаются действию естественной ультрафиолетовой радиации, то их химические свойства совершенно изменяются. Улавливание химически пассивных газов в высоких слоях атмосферы должно быть проведено очень чисто. Дело в том, что на высоте 150 км воздух сильно разрежен. Если контейнер не будет заранее тщательно очищен от газов, то пробы воздуха, забранные во время опускания контейнера на парашюте, будут испорчены остаточными (паразитными) газами, содержащимися в его металлических стенках. Следует учитывать, что в нормальных условиях в 1 см³ воздуха содержится 27 триллионов молекул, а на высоте 150 км — только 13 миллионов. Поэтому на больших высотах молекулы имеют сравнительно «много места», и, следовательно, значительно возрастает длина их свободного пробега. Это значит, что в промежутках между столкновениями с другими молекулами они могут проходить сравнительно большие расстояния и развивать большие скорости.

Однако верхняя граница земной атмосферы располагается не в ионосфере, а выше. С 400 км начинается четвертый «этаж» атмосферы, называемый экзосферой, которая медленно переходит в межпланетную плазму.

На этих высотах лежат орбиты искусственных спутников Земли. Успешный запуск первого спутника 4 октября 1957 г. стал подлинно всемирной сенсацией. На высоте полета спутников атмосферные газы уже очень сильно разрежены и все же они изменяют орбиты спутников. Вследствие трения спутники постепенно теряют скорость и в конце концов сгорают. Новейшие расчеты, выполненные на основании наблюдений над изменением орбит спутников, показали, что плотность воздуха на высоте 1000 км по меньшей мере вдвое больше, чем предполагалось раньше. Кроме того, было обнаружено, что время обращения спутников испытывает периодические колебания, что свидетельствует о кратковременных изменениях плотности воздуха на рассматриваемых высотах.

Невозможно точно указать, какова температура воздуха в экзосфере. Дело в том, что обычное для физики понятие о температуре среды здесь теряет свой смысл. Под температурой среды в физике понимают кинетическую энергию движения молекул этой среды. Чем больше эта энергия, тем теплее среда. Кинетическая энергия газовых молекул, находящихся на уровне орбит спутников, соответствует температуре около 10 000°! Можно было бы думать, что в среде с такой температурой искусственный спутник немедленно расплавится. Однако такое предположение оказалось бы ошибочным, так как на этих высотах обычное понятие «температура» уже неприменимо. Хотя кинетическая энергия молекул действительно соответствует температуре 10 000°, однако самих молекул атмосферных газов, ионов и свободных электронов здесь настолько мало, что они не могут оказать такое же влияние, какое эта колоссальная температура оказала бы вблизи земной поверхности.

Поскольку спутники летят вблизи верхней границы земной атмосферы, то с их помощью впервые удалось измерить потоки энергии, приходящие к Земле из космического пространства. До настоящего времени мы могли наблюдать Вселенную только через узкое «окно» в спектре электромагнитных волн, излучаемых Солнцем и другими небесными телами. Радиацией, проникающей к нам через это «окно», является видимый свет, а также радиоизлучение светил. Все остальные участки спектра лучистой энергии поглощаются атмосферой. Это полезно и вредно для человека. Полезно — так как озонный слой стратосферы, т. е. озоносфера, поглощает смертоносную ультрафиолетовую часть солнечной радиации. Вредно — так как углекислый газ и водяной пар, содержащиеся в атмосфере, поглощают еще и длинноволновую часть солнечной радиации, т. е. инфракрасные лучи, производящие отепляющее действие.

Лишь через два атмосферных «окна» лучистая энергия проникает из мирового пространства к земной поверхности. Рт — рентгеновские лучи, Уф — ультрафиолетовые лучи, Ик — инфракрасные лучи, Т — тепловое излучение.