Чудесные явления на небе

так, мы выяснили, что небесные явления, казавшиеся раньше суеверным людям «знамениями божьими», в действительности ничего не знаменуют и не предвещают. В прошлом верующие нередко объясняли те или иные исторические события появлением комет, солнечными и лунными затмениями, метеорными дождями и т. д. Но оказалось, что победы и поражения в войнах, засухи, уничтожавшие урожаи, разрушительные наводнения и пр. совсем не связаны с «грозными» небесными явлениями, что они вызывались другими причинами. Но если небесные явления не есть «знамения божьи», если они ничего не знаменуют и не предвещают, то какими же причинами вызвано их появление? Посмотрим, какой же ответ на этот вопрос дает наука.

«Хвостатые звезды»

Весной 1910 года мир вновь был охвачен кометной паникой. На небе появилась необычайно яркая комета с большим сияющим хвостом. Собственно говоря, комета 1910 года была старой знакомой жителей Земли. Еще в начале XVIII столетия ученику знаменитого Ньютона Эдмунду Галлею удалось установить, что кометы, появлявшиеся в 1531, 1607 и 1682 годах, в действительности представляют собой одну и ту же комету, периодически возвращающуюся к Солнцу.

Галлей подсчитал, что подобные возвращения должны происходить примерно через каждые 76 лет. Действительность подтвердила его вычисления: комета аккуратно появлялась в предсказанные сроки. Но регулярно приближающаяся к Солнцу комета, о времени появления которой к тому же хорошо известно заранее, не может быть принята за небесное знамение.

Что же вызвало в таком случае панику 1910 года? Причины ее были совсем иного рода. Ученые подсчитали, что в ночь с 18 на 19 мая Земля встретится с кометой Галлея и пройдет через ее хвост. Вот этого-то «космического свидания» двух небесных тел и ожидали в величайшем страхе жители Земли. Буквально на каждом шагу можно было услышать разговоры о мировой катастрофе, о том, что ядовитые газы кометного хвоста неизбежно отравят все живое. Ко всем этим страхам в немалой степени примешивались и суеверные представления о страшном суде, о грядущей гибели мира. На улицах многих городов служили молебны, христианские духовники не успевали исповедовать всех желающих, а мусульманские муллы призывали правоверных к посту и молитве.

И вот наступило «роковое» число. Однако ничего не произошло. После ночи, полной тревоги и ожиданий, солнце, как обычно, взошло над землей. Почему же комета все-таки не погубила наш мир?

Комета Галлея в течение 2200 лет 26 раз возвращалась к Солнцу.

В последний раз она была видна в 1910 году, следующее ее возвращение ожидается в 1984 году

Кометы — своеобразные небесные тела. Научное изучение их, по существу, началось лишь во второй половине прошлого столетия. Одним из основоположников кометной астрономии был выдающийся русский ученый Федор Александрович Бредихин. Бредихину удалось разработать стройную теорию, объясняющую почти все основные явления, связанные с кометами.

Еще выдающийся немецкий ученый Иоганн Кеплер (1571–1630), открывший законы движения небесных тел, установил, что они должны обращаться вокруг Солнца по вытянутым окружностям — эллипсам. Дальнейшие астрономические наблюдения показали, что орбиты планет действительно представляют собой эллипсы, но эти эллипсы мало отличаются от правильных окружностей. Иное дело кометы. Их орбиты сильно вытянуты, поэтому они то подходят близко к Солнцу, то удаляются на чрезвычайно большие расстояния от него. Такие кометы называются периодическими. К ним относится, например, уже знакомая нам комета Галлея. В своем движении она то приближается к Солнцу на расстояние вдвое меньшее радиуса орбиты Земли, то уходит далеко за орбиту Нептуна. Путь этот, как мы уже говорили, она совершает за 76 лет. Но есть и такие кометы, у которых от одного появления до другого проходят миллионы и даже десятки миллионов лет.

Наряду с этим существуют и так называемые короткопериодические кометы, совершающие свой путь вокруг Солнца за несколько лет. Всего в настоящее время ученым известно около 170 периодических комет. Их движение достаточно хорошо рассчитано, и моменты очередных появлений вычислены с вполне удовлетворительной точностью.

Разумеется, подобные кометы не могут служить «небесными знамениями». Что же это за знамения, появление которых известно заранее и которые к тому же периодически повторяются? Уж если бы комета действительно представляла собой знамение, то господь-бог должен был бы посылать ее специально на данный случай.

Правда, далеко не все кометы движутся вокруг Солнца по замкнутым орбитам. Есть и такие, которые приходят к нам откуда-то из межзвездных пространств с тем, чтобы, «сверкнув хвостом», безвозвратно исчезнуть в глубинах Вселенной. Подобных «небесных странниц» зарегистрировано около трехсот. Однако имеющиеся в распоряжении ученых данные говорят о том, что и эти кометы когда-то также были периодическими. Они тоже обращались вокруг Солнца, но затем под действием притяжения больших планет изменили характер своего движения. Однако влияние планет на кометные орбиты — явление реальное, вполне поддающееся, хотя и с известными трудностями, точному расчету. К тому же почти все кометы, принимавшиеся людьми за «небесные знамения», как раз являлись периодическими; более того, в большинстве случаев это была все одна и та же комета Галлея.

Из чего же состоят кометы? Каково их строение?

Основной составной частью кометы является плотное ядро, состоящее из твердых замерзших газов. Когда комета находится далеко от Солнца, хвоста у нее нет. Он появляется лишь тогда, когда комета приближается к нашему дневному светилу. При этом под влиянием солнечного тепла затвердевшие газы начинают испаряться.

Выделяющиеся из ядра газовые частицы окружают его, образуя светящуюся оболочку — голову кометы. Под действием солнечных лучей, оказывающих давление на частицы газов, они постепенно вытягиваются в сторону противоположную Солнцу. Так возникают кометные хвосты, которые, в зависимости от своего состава, могут иметь различные формы. Такова истинная природа комет, этих удивительных «хвостатых звезд».

Кометы и в самом деле весьма необычные небесные тела. Но ни в строении комет, ни в их движении, ни в тех процессах, которые в них происходят, нет и тени сверхъестественного. И уж разумеется, они не могут иметь никакого отношения к событиям, происходящим в жизни людей и человеческого общества. Представление же о кометах как о небесных знамениях не более, чем плод недоразумения.

Затмения Луны и Солнца

Подобно тому как наша планета — Земля обращается вокруг Солнца, вокруг самой Земли движется ее холодный спутник Луна. Земля, освещаемая Солнцем, отбрасывает тень в мировое пространство. Луна же сама не светится, ее свет — это отраженный свет Солнца. Поэтому, когда Луна попадает внутрь земной тени, ее свет меркнет — происходит лунное затмение. При этом поверхность нашего спутника приобретает красновато-багровый оттенок. Цвет Луны во время затмений, отдаленно напоминающий цвет крови, казался суеверным людям зловещим предзнаменованием.

Однако это явление объясняется весьма просто. Прямые лучи Солнца не могут проникнуть внутрь земной тени, но поверхности Луны достигают лучи, прошедшие сквозь верхние слои земной атмосферы. Проходя через атмосферу, сложный по своему составу солнечный свет постепенно рассеивается. Лучше всего проникают сквозь воздух красные лучи (недаром именно красный цвет избран в качестве предупреждающего об опасности стоп-сигнала). Они-то и придают лунной поверхности красноватый оттенок. Цвет Луны во время затмений во многом зависит от состояния верхних слоев воздушной оболочки Земли. Поэтому наблюдение лунных затмений имеет важное значение для исследования строения земной атмосферы.

Схема образования лунного затмения

Что же касается солнечных затмений, то они происходят тогда, когда Луна, проходя между Землей и Солнцем, в свою очередь отбрасывает тень на поверхность Земли. Поперечник Луны в четыреста раз меньше поперечника Солнца, но зато Солнце находится в четыреста раз дальше от нас, чем Луна. Поэтому маленькая Луна может полностью заслонить гигантское Солнце, подобно тому как ладонью руки мы можем заслонить от глаз далеко стоящий дом или даже целую гору.

Так как Луна все время движется, ее тень бежит по поверхности Земли со скоростью около километра в секунду. В полосе, по которой пробегает лунная тень, наблюдается полное солнечное затмение, а в соседних районах — частное, то есть здесь диск Луны закрывает лишь часть диска Солнца.

Луна проходит между Землей и Солнцем примерно через каждые двадцать восемь суток (этот момент называется новолунием). Однако затмения Солнца случаются при этом далеко не каждый раз. Это объясняется тем, что плоскость, в которой движется Луна, несколько наклонена к плоскости, в которой происходит движение Земли. Поэтому обычно лунная тень проходит мимо Земли, не касаясь ее. Лишь при таком новолунии, когда Луна находится достаточно близко от точки пересечения своей орбиты с орбитой Земли, и происходит солнечное затмение. Это случается сравнительно редко.

Схема образования полного солнечного затмения

Так, например, в период с 1954 по 2154 год произойдет две тысячи пятьсот восемь новолуний, но полных солнечных затмений будет наблюдаться только сто сорок восемь, из них лишь четырнадцать — в европейской части СССР.

Таким образом, затмения Луны и Солнца представляют собой вполне естественное явление природы — результат движения небесных тел.

«Звездный дождь» 12 ноября 1833 года (по рисунку того времени)

Камни с неба

Мы в одном из залов Минералогического музея. Перед нами в стеклянных витринах множество невзрачных на вид черных и серых камней и железных глыб. Это метеориты — посланцы далеких миров. Здесь, в этих витринах, они закончили свои бесконечные скитания в мировом пространстве. Метеориты — единственные небесные тела, которые можно изучать непосредственно в земных лабораториях.

Метеорной материей заполнено все пространство нашей солнечной системы. Здесь в разных направлениях с огромными скоростями — до нескольких десятков километров в секунду носятся тела размером от мельчайших пылинок до огромных глыб.

Между прочим, это обстоятельство представлялось многим ученым серьезным препятствием для осуществления космических полетов. Они опасались, что искусственные спутники Земли и межпланетные корабли в короткое время будут уничтожены ударами метеорных тел. Однако измерения, проведенные с помощью ракет и спутников, показали, что метеорная опасность в действительности не так уж велика. За несколько часов полета космическая ракета испытывает всего лишь один удар более или менее «солидной» частицы. Да и та весит всего лишь одну миллиардную долю грамма. Большинство же метеорных частиц представляет собой рыхлые образования, напоминающие хлопья копоти или снега. Для космической ракеты вероятность встречи с крупными метеорными телами, таким образом, невелика.

Но наша планета огромна. И поэтому при своем движении в мировом пространстве она встречает множество метеорных тел. С огромной скоростью они врываются в атмосферу и в результате сопротивления воздуха сильно разогреваются. При этом мелкие метеорные тела полностью распыляются, превращаясь в раскаленный газ. В небе возникает яркий светящийся след — метеорная вспышка. Более крупные метеорные тела вызывают явление болида — ослепительно-яркого огненного шара, мчащегося по небу. Распыленное в результате подобных явлений метеорное вещество постепенно оседает на поверхность Земли. По подсчетам некоторых ученых, вследствие этого каждые сутки наша планета прибавляет в весе от полутора до шести тысяч тонн.

Падение метеорита

Изучение метеоритов имеет огромную научную ценность для понимания многих космических явлений, и в частности для решения проблемы происхождения нашей планетной системы. Исследование химического состава вещества метеоритов показало, что эти небесные тела в принципе ничем не отличаются от земных предметов, они состоят из таких же, вполне материальных химических элементов. Это служит еще одним убедительным подтверждением материального единства мира и опровергает суеверные представления о метеоритах как о посланцах сверхъестественных сил.

Полярные сияния

Впервые в науке правильное представление о причинах и происхождении полярных сияний было высказано великим русским ученым М. В. Ломоносовым. Он полагал, что природа этих удивительных явлений сходна с природой электрических разрядов. «Весьма вероятно, — говорил он, — что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы» («Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих»).

Полярное сияние

Современная наука, подтвердив справедливость взглядов Ломоносова, в то же время значительно их углубила и расширила. Оказалось, что существенную роль в возникновении полярных сияний играют потоки заряженных частиц-корпускул, вырывающихся с раскаленной поверхности Солнца и вторгающихся в земную атмосферу. Земля — это гигантский магнит. Под действием магнитных сил корпускулы как бы стекают к полюсам, возбуждая здесь свечение газов в верхних слоях атмосферы. Вот почему полярные сияния действительно являются полярными: они чаще всего наблюдаются в высоких широтах.

Однако состояние земного магнетизма не всегда одинаково. Под действием невидимых излучений Солнца магнитное поле Земли испытывает возмущения, происходят магнитные бури. Эти нарушения в свою очередь приводят к тому, что заряженные частицы проникают в низкие широты, а иногда даже к экватору. Вот тогда-то яркие полярные сияния и наблюдаются в необычных для этого явления районах нашей планеты. Исследование полярных сияний представляет собой большой научный интерес, оно проливает свет на механизм воздействия солнечной деятельности на земную атмосферу.

Кстати сказать, явления, подобные полярным сияниям, мы научились воспроизводить в земных условиях. Искусственные «полярные сияния» мы наблюдаем каждый вечер на улицах наших городов в виде светящихся различными цветами газосветных трубок. И хотя, строго говоря, внутри подобных трубок происходит не совсем тот процесс, что при полярных сияниях, их природа все же весьма сходна.

Таким образом, и в полярных сияниях нет ничего чудесного. Это явление природы также имеет свои естественные причины.

Дождь, принесенный смерчем

Свое естественное объяснение нашли и необыкновенные дожди. Оказалось, что они связаны с гигантскими вихрями — смерчами, возникающими иногда в земной атмосфере.

Смерч — это громадный столб воздуха, вращающегося с чудовищной скоростью, поперечником до нескольких сот метров. Даже при самых сильных ураганах, случающихся довольно редко, скорость ветра составляет около тридцати — сорока метров в секунду. Уже такой ветер с корнем вырывает вековые деревья, срывает крыши с домов, причиняет сильнейшие разрушения. Внутри же смерча воздух движется с еще большей скоростью, иногда достигающей ста метров в секунду. Благодаря этому смерчи способны вызывать настоящие опустошения.

Смерч

Разрушительное действие смерча в значительной степени объясняется тем, что вследствие быстрого вращения внутри него возникают центробежные силы. Они отбрасывают воздух из центральной части вихря к его окраинам. Давление в центре резко понижается, и благодаря этому смерч обладает сильным всасывающим действием. Оно-то и служит причиной возникновения необыкновенных дождей. Проходя над прудами и болотами, смерч часто увлекает вместе с собой содержимое этих водоемов. Между тем в стоячей воде, особенно в летние месяцы, имеется огромное количество мельчайших водорослей и микроорганизмов, окрашивающих ее в какой-либо цвет, например зеленый или красновато-ржавый.

Вот и готова одна из разновидностей «кровавого» дождя. В других случаях капли воды, принесенные смерчем, содержат мельчайшую красноватую пыль, доставленную из северо-африканской пустыни Сахара. Подобные дожди не раз наблюдались в различных районах Италии, Франции, Турции. Голубой же цвет дождю, выпавшему в 1954 году в американском городе Давенпорте, придали мельчайшие частицы несозревшей пыльцы американского тополя и вяза, содержащие растворимое в воде красящее вещество голубого цвета.

Очень часто смерчи переносят на огромные расстояния лягушек, мелких рыб, различные предметы, а однажды в Северной Африке смерч разрушил продовольственные склады и всосал в себя огромное количество пшеничного зерна, подняв его на большую высоту. Ветры довершили «дело», начатое смерчем. Они перенесли тучи зерна через Гибралтарский пролив к берегам Испании и высыпали его над одной из прибрежных деревень, к великому изумлению ее жителей.

Таким образом, и в «необыкновенных дождях» в действительности нет ничего необыкновенного.

Выяснение законов, управляющих различными атмосферными явлениями, позволяет человеку. не только давать им материалистическое объяснение, но и предвидеть заранее изменения погоды. В наше время трудно представить себе нормальную работу транспорта, авиации, энергосистем, сельского хозяйства без своевременных прогнозов погоды. Правда, пока что эти прогнозы не всегда бывают достаточно надежными, но их точность повышается с каждым годом. Более того, от пассивного предсказания погоды человек постепенно начинает переходить к управлению ее явлениями.

Погода по заказу

Один за другим раздаются телефонные звонки.

— Примите заказ. Завтра утром необходим дождь в квадрате 10–15. Продолжительность — один час.

— Просим рассеять туман.

— Ожидается град. Могут пострадать посевы. Срочно примите меры.

— Заказ принят, — отвечает дежурный, нанося пометки на карту.

Где же находится удивительное бюро управления погодой? Пока что это еще фантазия. Но она не так уж сильно отличается от действительности недалекого будущего.

С каждым годом прогнозы погоды становятся все более и более точными. Густая сеть метеорологических станций покрыла всю территорию нашей страны. Они появились даже в таких местах, которые труднодоступны человеку. Здесь устанавливаются метеостанции-автоматы. В течение многих месяцев они без всякого вмешательства людей регулярно, по нескольку раз в сутки, передают по радио данные о погоде.

На помощь исследователям пришла новейшая техника: самолеты-лаборатории, оборудованные измерительными приборами, шары-зонды, за полетом которых следят внимательные «глаза» радиолокаторов, чувствительные локационные установки для непосредственного наблюдения за состоянием атмосферы.

От изучения процессов, протекающих в нижних слоях воздуха, ученые перешли к исследованиям верхних слоев атмосферы с помощью метеорологических и геофизических ракет и искусственных спутников Земли. Налажен обмен информацией о погоде между метеослужбами различных государств.

Для расчетов, необходимых при составлении прогнозов погоды, все шире применяются электронные вычислительные машины. По данным Центрального института прогнозов в настоящее время оправдывается около 85 % предсказаний погоды. Но все же правильно предсказать погоду — это только полдела.

Научиться управлять погодой, научиться по своему желанию вызывать дождь, останавливать ветер, прекращать градобитие люди мечтали с незапамятных времен. Да это и не удивительно: от прихотей погоды зависело их благополучие и сама жизнь.

Первые попытки воздействия на явления погоды относятся к далекому прошлому. Разумеется, они не имели и не могли иметь никакого отношения к науке. Об этом прямо свидетельствуют некоторые приметы. Одна из них утверждает, например, что если бросить в колодец мох, то пойдет дождь. Не менее простой рецепт предлагается и для предотвращения града. Для этого, оказывается, достаточно выкинуть помело во двор. Мусульмане верили, что вызвать дождь можно, поливая водой могилы.

Конечно, подобные способы воздействия на погоду просто нелепы. Однако в основе некоторых примет лежат действительные явления природы, подмеченные людьми, но неверно понятые. Так жители Австралии заметили, что болотная птица кулик обычно кричит перед дождем, но решили, что этот крик не предвещает, а вызывает дождь. И вот, чтобы вызвать дождь, австралийцы пытались подражать крику кулика.

Однако, для того чтобы действительно научиться воздействовать на погоду, надо прежде всего хорошо изучить законы, управляющие ее изменениями. Правильно предвидеть дождь можно, «лишь изучив положение гор, как дуют ветры и куда движутся тучи», — говорил один из выдающихся мыслителей средневековья — среднеазиатский ученый Бируни. Поэтому попытки управления погодой, имеющие практический интерес, стали возможны лишь тогда, когда наука об атмосферных явлениях достигла достаточно высокого уровня развития.

В нашей стране первые опыты такого рода проводились еще в 1921–1922 годах, а в настоящее время исследования в этой области приобрели широкий размах.

Одна из главных задач, которая стоит перед учеными, — изыскание методов управления облачными системами, рассеивания облаков и туманов, создания искусственных дождей, предупреждения градобитий.

Конечно, далеко не все явления погоды могут быть подвергнуты прямому воздействию. Атмосферные процессы протекают с затратой чудовищных количеств энергии. Достаточно сказать, что для образования одной небольшой местной грозы потребовалось бы столько же энергии, сколько выделяется при взрыве крупной водородной бомбы. На образование нескольких кучевых облаков, возникающих в летнее время к концу дня, расходуется в несколько десятков раз больше энергии, чем вырабатывает за то же время Куйбышевская ГЭС. А чтобы создать ветер, дующий со скоростью двадцать метров в секунду по фронту шириной в двести километров, потребовалась бы энергия нескольких десятков подобных электростанций.

Поэтому в основу современных методов воздействия на облака положена идея искусственного воспроизведения и ускорения процессов образования и выпадения осадков, происходящих в самой природе.

Облака представляют собой скопления огромного количества мельчайших водяных капель или кристалликов льда, плавающих в воздухе. Однако дождь или снег идет не из каждого облака. Для выпадения осадков необходимо, чтобы водяные капли или ледяные кристаллики укрупнились до определенных размеров. В природных условиях подобное укрупнение может происходить различными путями, в зависимости от строения облака, его температуры и т. д. Искусственное воздействие на облачность заключается в том, что в нее вводятся различные химические вещества, ускоряющие процесс образования крупных кристалликов льда и водяных капель.

Подобными стимуляторами могут служить, например, мелкие частицы йодистого серебра или йодистого свинца, кристаллическая структура которых весьма напоминает структуру обычного льда. Эти вещества рассеиваются в облачной массе с самолета. Водяные пары осаждаются на них, кристаллики укрупняются и выпадают на землю, а облако тем самым рассеивается.

Помимо йодистого серебра хорошие результаты дает применение некоторых других химических веществ, а также твердой углекислоты, известной под названием сухого льда. Частицы сухого льда имеют очень низкую температуру — около 76 °C. Попадая в облако, они вызывают быстрое замерзание водяных капель и рост ледяных кристаллов. На этом принципе советскими учеными был разработан эффективный метод рассеивания облаков и туманов.

Попытки бороться с туманом производились и раньше. В годы второй мировой войны на одном из английских аэродромов для этой цели применялись, например, специальные нефтяные горелки, размещенные вдоль взлетной полосы. Нагревая воздух, они вызывали испарение капель тумана. Но подобная установка расходовала огромное количество горючего и поэтому практического применения в дальнейшем не получила.

Способ, разработанный советскими учеными, гораздо эффективнее. Стимуляторы рассеиваются с самолета, летящего вблизи верхней границы облачности или тумана. Возникающие при этом ледяные кристаллики быстро разносятся потоками воздуха во все стороны, и процесс кристаллизации вскоре охватывает всю толщу облака. На пасмурном небе возникают широкие просветы.

Активное воздействие на явления погоды начинает находить все большее практическое применение и в нашем сельском хозяйстве. Все чаще и чаще поднимаются в воздух самолеты-лаборатории с грузом сухого льда на борту, все чаще идут искусственные дожди. Хорошо известно, что в ряде районов нашей страны всегда ощущается недостаток влаги. В настоящее время с этим борются с помощью орошения и применения засухоустойчивых культур. Но будущее, несомненно, принадлежит искусственным дождям. Если заставить выпадать на поверхность земли всю ту массу влаги, которая над ней проносится, то количество осадков может возрасти в несколько раз.

Современная наука постепенно приближается также и к решению другой важнейшей задачи — регулированию климата. Известно, что регулировать по своему желанию климат — это значит прежде всего научиться управлять воздушными потоками над землей.

Исследования последних лет, проводящиеся с помощью высотных ракет и спутников, все больше убеждают ученых в том, что явления погоды во многом зависят от состояния верхних слоев атмосферы. Когда характер этой связи будет в достаточной степени выяснен, мы сумеем, меняя физическое состояние верхней атмосферы, влиять на движение воздушных масс и тем самым на климат.

Энергетическая мощь человечества непрерывно растет, и поэтому решение задач подобного масштаба в недалеком будущем вполне реально. Сделаны первые успешные шаги, и недалеко время, когда человек научится в полной мере управлять явлениями погоды и даже климата, в соответствии со своими потребностями.

Подчинение явлений погоды и климата воле человека должно послужить дальнейшему развитию нашего народного хозяйства, дальнейшему развитию производительных сил нашей страны, осуществляющей построение коммунистического общества.