Пионер, 1949 № 11 Ноябрь

Пятый океан

Б. Ляпунов

Сейчас мы с вами совершим два необыкновенных путешествия.

Сначала мы отправимся в морские глубины. Опускаться мы будем в батисфере. Это шар с толстыми стальными стенками и маленькими окошечками с такими же толстыми стёклами. Те, кто видел научно-фантастическую пьесу «Тайна вечной ночи», знают, как выглядит такая батисфера. А для тех, кто не видел пьесу, мы её здесь нарисовали.

Мы находимся в маленьком, тесном помещении батисферы. Начинается спуск. Золотисто-жёлтый свет солнца сменяется зелёным. Опускаемся глубже - и незаметно густеют краски. Вот уже нас окружает тёмно-синяя вода. Ещё глубже вода становится черновато-синей. Глаз перестаёт различать цвета. Нас окружает царство вечной ночи. Включаем прожектор - и в полосе света мелькают диковинные, глубоководные рыбы, которые никогда не видят солнечного света. Среди мрака вспыхивают жёлтые и голубые огоньки. Это обитатели больших глубин проплывают мимо нашей батисферы.

Вода становится всё холоднее и холоднее. Мы встречаем под водой мощные течения - настоящие подводные реки. Но если мы будем спускаться ещё глубже, туда, куда ещё до сих пор не проник человек, то мы заметим, что температура воды перестанет понижаться. И мы не встретим здесь уже подводных течений. Здесь, куда не проникают свет и тепло солнечных лучей, темно и спокойно.

А теперь совершим другое путешествие, отправимся вверх - в заоблачные дали. Мы будем подниматься на стратостате - воздушном шаре, приспособленном для подъёма на большие высоты.

Через маленькие окошечки гондолы стратостата мы видим, как темнеет небо. Всё выше и выше поднимаемся мы - и уже не голубое небо а тёмно-синее, фиолетовое, почти чёрное… Воздух становится всё холоднее и холоднее. По пути мы встречаем мощные воздушные течения.

Когда мы поднимемся выше одиннадцати километров, мы заметим, что температура воздуха перестала понижаться, остановившись на - 55. Мы не встречаем больше ни воздушных течений, ни облаков.

Во время наших путешествий мы увидели, что гидросфера - водяная оболочка земли - и атмосфера - её воздушная оболочка - имеют много общего, хотя вода и воздух и непохожи друг на друга.

Есть четыре океана на Земле: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. И есть ещё один океан, пятый. Он всюду над нами. Это атмосфера, воздушный океан, на дне которого мы живём.

С детства мы привыкли к тому, что нас окружает воздух. Мы дышим воздухом, не задумываясь над тем, что было бы без него.

А вот на Луне нет атмосферы. Вот как описал Константин Эдуардович Циолковский лунный мир, где нет воздуха, в своей фантастической повести «На Луне». «…Небо было чернее самых чёрных чернил… Солнце казалось ещё ослепительнее: оно было синее… Звёзды и планеты не мерцали и были похожи на вбитые в чёрный свод гвозди с серебряными головками… Тишина!. Безоблачное небо. Не видно ни растений, ни животных. Пустыня с чёрным небесным сводом и с синим солнцем. Ни озера, ни реки, ни капли воды. Даже горизонт не белеется. Он так же чёрен, как остальное небо, не застилаемое дымкой облаков. Нет ветра, который так приятно шелестит на Земле травой и качает вершинами деревьев. Не слышно стрекотанья кузнечиков. Незаметно ни птиц, ни пёстрых бабочек. Одни голые горы и горы, страшные высокие горы. Но вершины их не блестят от снега. Нигде ни снежинки… Мрачная картина!

На отдалённых горах не видно лёгкой вуали - прозрачной синеватой дымки, которую воздух накидывает на земные горы и отдалённые предметы… А тени! Какие густые тени! Какие резкие переходы от мрака к свету! Нет тех мягких оттенков, к которым мы так привыкли и которые может дать только воздух. Даже Сахара показалась бы раем в сравнении с тем, что мы видим тут. Мы жалели о её скорпионах, о саранче, о вздымаемом сухим ветром раскалённом песке, не говоря уже о редко встречаемой скудной растительности и финиковых рощах…»

И то же самое было бы на Земле, если бы она была лишена атмосферы.

Атмосфера, воздушный океан - это жизнь. Воздух нужен людям, животным, растениям.

Атмосфера - это одежда нашей планеты. Она сохраняет тепло Земли, не даёт ему рассеяться в мировое пространство.

Атмосфера - это мир звуков, мягких красок, полутеней. Без неё на Земле были бы только ослепительный свет, чёрные тени и мёртвая тишина.

Атмосфера - это погода. Это облака, дождь, снег, град - всё разнообразие воздушной стихии.

Атмосфера - это невидимая броня планеты. Она предохраняет нашу Землю от небесных странников - метеоров, от губительных палящих лучей Солнца и космических излучений, несущихся к Земле из мирового пространства.

Вот почему жизнь была бы невозможной без атмосферы.

Люди давно уже интересовались, из чего состоит воздух, с какой силой он давит на Землю, какова глубина воздушного океана.

Постепенно люди узнали, что воздух состоит из азота, кислорода, водорода и примесей редких газов. Узнали, что воздух имеет вес и потому давит с огромной силой на Землю. На каждый квадратный сантиметр воздух давит с силой в один килограмм. И потому на тело человека воздух давит с силой около 16 тысяч килограммов! Почему же человек не погибает под такой чудовищной тяжестью? Потому что и внутри нашего тела и внутри растений и животных тоже есть воздух. Этот «внутренний» воздух не даёт «внешнему» раздавить нас.

Вспомним наше путешествие в морские глубины. Мы видели из окон нашей батисферы диковинных, глубоководных рыб. Несмотря на огромное давление воды, от которого мы защитились толстыми стенками батисферы, рыбы чувствуют себя превосходно. Давление внутри их тела и снаружи одинаково. Но если вытащить такую рыбу из воды, то давление внутри её тела станет намного больше давления окружающего воздуха - и рыбу разорвёт.

Чем выше мы будем подниматься, тем меньше воздуха останется над нами, тем меньше будет и его давление.

Как высоко простирается атмосфера? Конечно, нельзя точно определить, где она кончается и начинается безвоздушное пространство. Плотность воздуха уменьшается постепенно. Воздух есть даже на высоте до двух тысяч километров. Но его там очень мало.

Мы уже говорили о том, что на Луне нет атмосферы. Луна меньше Земли. Притяжение на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле. Поэтому она нэ может удержать свою атмосферу.

Земля же своим притяжением крепко удерживает воздух. Поэтому Земле и не угрожает судьба мёртвой Луны, которая смогла удержать около своей поверхности лишь едва заметные следы воздуха. Недавно советские астрономы обнаружили на Луне воздух, но он в 10 тысяч раз разреженнее того, которым мы дышим.

Когда мы совершали наше воздушное путешествие, то заметили, что чем выше, тем холоднее. Чем это объяснить и будет ли так продолжаться всё время, пока мы будем подниматься до границ атмосферы?

Оказывается, атмосфера обладает чудесным свойством. Потоки солнечных лучей несутся к Земле. Воздух свободно пропускает их, а сам при этом почти не нагревается. Солнечные лучи нагревают Землю. Земля же, нагреваясь, сама отдаёт тепло. Вот это-то тепло и нагревает воздух. Но чем дальше от Земли, тем меньше тепла. Поэтому, чем выше, тем воздух делается холоднее. Но так будет не всё время. На высоте 11 километров в наших краях и на высоте 18 километров над экватором температура воздуха перестает падать. Тепло от Земли сюда уже не доходит.

Поэтому там царствует мороз в - 55°. Раньше думали, что это - царство вечного холода. Его назвали стратосферой. Считали, что в стратосфере всюду температура не меняется, воздух в ней неподвижен и располагается слоями. Внизу - тяжёлый азот, выше - менее тяжёлый кислород, ещё выше - водород и т. д. Отсюда произошло и название стратосферы - от слова «стратум», что означает «слой». А ту часть воздушного океана, где температура меняется, называют тропосферой.

В тропосфере уже давно летают самолёты и воздушные шары. Поэтому тропосфера хорошо изучена человеком. Теперь человек стал проникать и в стратосферу. Но ещё раньше в стратосфере побывали приборы - маленькие исследователи больших высот.

Посмотрите на рисунок. На нём показано, как высоко поднимались разведчики воздушного океана на самолёте, воздушном шаре и стратостате. Каждый день, набирая кругами высоту, уходят в голубое небо самолёты - разведчики погоды. На этих самолётах установлены приборы, которые отмечают, какая температура воздуха, какой ветер дует и ещё многое другое. Всё это нужно знать, чтобы уметь предсказывать погоду.

Приборы поднимаются не только на самолётах. Их поднимают воздушные шары. Недавно воздушный шар - аэростат «СССР-ВР-79» - установил мировой рекорд высоты подъёма - 12 100 метров. Ещё выше поднимались люди на воздушных шарах, специально приспособленных для полётов в стратосферу, - стратостатах. Советские герои-стратонавты поднялись на высоту в 22 километра. А маленькие воздушные шары без людей, с одними только автоматическими приборами, поднимались вдвое выше - до 43 километров.

В Советском Союзе был изобретён, построен и поднялся в воздух первый в мире радиозонд. Радиозонд - маленькая лаборатория для изучения атмосферы, поднимающаяся на воздушном шаре. Приборы её измеряют давление, температуру и влажность воздуха, а маленький радиопередатчик передаёт показания этих приборов на землю. Советские инженеры и изобретатели построили сейчас новый автоматический радиозонд, весящий всего 750 граммов, и передатчик для радиозондов весом в 22 грамма!

Но радиозонд - это маленький воздушный шар. И как самолёт имеет свой «потолок», выше которого он не может подняться, так имеет свой «потолок» и воздушный шар - радиозонд.

На больших высотах воздух становится слишком разреженным. Давление газа внутри шара становится больше наружного давления и разрывает оболочку.

Для изучения больших высот теперь приходит на помощь другой разведчик - ракета.

Русский учёный Константин Эдуардович Циолковский первым в мире предложил ракету для исследования атмосферы.

Ракета - исследователь атмосферы - показана на рисунке. Ракета управляется автоматическими приборами или по радио и может подниматься на 200 и выше километров.

Кроме самолётов, стратостатов, шаров-зондов и ракет, у нас есть и другое могучее оружие изучения атмосферы. Учёные не только посылают в атмосферу приборы, но и наблюдают с земли за различными явлениями, которые происходят там.

В 1920 году в Москве произошёл взрыв артиллерийских складов. Этот взрыв был слышен на сотни километров вокруг. Но самое удивительное - сравнительно близко от Москвы были места, где не слыхали взрыва, хотя дальше он снова был слышен. Этим заинтересовался советский учёный профессор Виткевич.

Почему звуковые волны вели себя так странно? Очевидно, где-то в стратосфере есть слой тёплого воздуха. Тёплый воздух имеет другую плотность. Попадая в этот тёплый воздух, звук преломляется, так же как свет, попадающий из воздуха в воду. Постепенно искривляясь, звуковая волка возвращается обратно на землю, отражаясь от тёплого воздуха. Путь звуковой волны показан здесь на рисунке. Звук слышен лишь там, где волна касается земли, после того, как она совершит путешествие вверх и обратно. Поэтому звук слышен не везде.

Изучая распространение звука в атмосфере, учёные узнали, что в стратосфере есть слой тёплого воздуха, и определили его высоту.

Много даёт для изучения атмосферы наблюдение за метеорами. Метеор - гость из мирового пространства. Он влетает в атмосферу, раскаляется и во время полёта оставляет за собой светящийся след. Если бы воздух там, где пролетает метеор, был неподвижен, след его не искривлялся бы. Когда воздух спокоен, дым из трубы поднимается прямо вверх, ветер не сносит его в сторону. След метеора всегда искривляется, и это показывает, что в стратосфере есть мощные воздушные течения - там дуют ветры. Наблюдения за полётом метеоров вели советские учёные Федынский и Астапович. Они определили скорости и направления воздушных течений в верхних слоях атмосферы.

Разведчиком воздушного океана является также и радио: оно открыло нам новую область атмосферы - ионосферу. Было замечено, что радиоволны отражаются от находящихся на высотах от 100 до 250 километров слоев ионизированного, то есть заряженного электрически воздуха. Эту область атмосферы и назвали поэтому ионосферой. Ионосфера имеет важнейшее значение для развития радиосвязи. На рисунке показано, как, много раз отражаясь от ионосферы, радиоволны могут пробегать большие расстояния и даже совершать кругосветные путешествия.

Мы рассказали, чем вооружена наука, изучающая воздушный океан, и как она раскрывает его тайны. Расскажем теперь об успехах этой науки.

Раньше стратосферу считали «мёртвой пустыней» по сравнению с тропосферой. Думали, что всё, происходящее в заоблачных высях, где и воздуха-то почти нет, не влияет на жизнь атмосферы, на рождение погоды.

Работы учёных, главным образом советских учёных, представителей самой передовой науки в мире, раскрыли нам многие загадки стратосферы. Оказалось, что стратосфера - это не тихая заводь, не спокойный залив в воздушном океане. В ней бушуют ветры, как и везде в атмосфере земли. И то, что происходит на больших высотах, в ионосфере и стратосфере, отражается w на всей атмосфере. Оказалось, что в стратосфере не только холодно, но и жарко. На высоте 35 - 50 километров температура доходит до 60 - 70° тепла. Затем снова становится холодно, и на высоте 80 километров - стоградусный мороз. В ионосфере, начиная от высоты около 100 километров, опять начинается быстрое повышение температуры. На высоте 200 - 300 километров температура, как полагают, доходит до 600 - 700°! В чём же причина высокой температурь» в стратосфере и ионосфере?

Предполагают, что в стратосфере причина этого - озон. Озон - родственник кислорода. Это газ, как и кислород. Но молекула его состоит из трёх атомов, а молекула кислорода - из двух атомов. После грозы мы ощущаем необычную свежесть, потому что в воздухе под действием атмосферного электричества образуется озон. В высоких слоях атмосферы озон образуется под действием энергии, которую несут с собой ультрафиолетовые солнечные лучи. Встречая солнечные лучи, озон нагревается. Наибольшее количество озона находится на высоте 35 - 50 километров, там, где наблюдается высокая температура воздуха.

Атмосфера пронизывается мощным космическим излучением.

Космические лучи - это потоки мельчайших электрически заряженных частиц. Они несутся из мирового пространства и обладают колоссальной энергией. Войдя в атмосферу, космические лучи разбивают атомы воздуха, растрачивая на это свою энергию. Наблюдение за тем, как это происходит, позволяет нам глубже проникать в тайны строения вещества.

История этого открытия такова. Учёные обнаружили в воздухе электрически заряженные частицы. Они думали, что причина этого - радиоактивные элементы, которые есть всюду вокруг «ас. Эти элементы испускают заряженные частицы «делают воздух проводником электричества.

Тогда на большой высоте, вдали от земли, где нет радиоактивных элементов, в воздухе не должно быть заряженных частиц.

Чтобы проверить эту догадку, учёные поднялись с чувствительными приборами на воздушном шаре. Но чем выше они поднимались, тем больше заряженных частиц обнаруживали приборы.

Учёные очень заинтересовались этим явлением.

Мощные потоки заряженных частиц были найдены не только в воздухе, высоко над землёй. Приборы обнаружили эти частицы в глубоких шахтах и на дне озёр.

Космические лучи - интереснейшая загадка природы, над разгадкой которой успешно работают наши учёные.

Выдающиеся работы советских учёных, изучающих космические лучи, - академиков Алиханова и Алиханяна, профессора Вернова - отмечены Сталинскими премиями.

В высоких слоях атмосферы происходит много интересных явлений.

Освещенные солнечным светом, капельки воды образуют на больших высотах красивые светящиеся облака. В ионосфере в несколько слоев располагаются слои заряженных частиц, от которых отражаются радиоволны.

В разреженном воздухе над полюсами возникает красивейшее явление природы - полярное сияние. Вот как описывает его один русский путешественник:

«…Долгие месяцы длится полярная ночь. И только полярное сияние нарушает темноту, освещает небо или, вернее, воспламеняет его. Из бледных столбов и дуг вытекают большие кисти света, заключающие в себе многие радужные цвета, а в особенности: светло-розовый, бледно-зелёный и светло-фиолетовый.

Эти кисти длинными и тонкими струями бегают параллельно самим себе по всему небосклону, переливаясь различными огнями, и покрывают асе видимое пространство небесного свода».

В атмосферу Земли влетают заряженные электричеством частицы, несущиеся от Солнца. Они заставляют воздух светиться, подобно тому, как светится разноцветными огнями разреженный газ под действием электричества в трубках световых реклам и вывесок. Земля - огромный магнит. Поэтому потоки частиц отклоняются к полюсам, где наблюдаются полярные сияния.

И ещё много других интересных явлений происходит в атмосфере, много ещё в ней есть загадок. Но наука решает их.

Выше, дальше, быстрее - девиз лётчиков.

Но почему «выше» - значит «быстрей»?

Воздух - опора самолёта в полёте. Без воздуха крылья не смогли бы поддерживать самолёт, а винт перестал бы его тянуть.

Но есть и оборотная сторона медали. Воздух мешает полёту, если лететь быстро. Сопротивление воздуха увеличивается с ростом скорости полёта. Особенно быстро растёт оно, когда скорость приближается к скорости звука (1200 километров в час). И если лететь с большой скоростью в плотном воздухе у земли, то значительную часть мощности мотора нужно будет тратить на борьбу с возросшим сопротивлением воздуха.

А мы хотим летать быстрее. Современные самолёты уже летают со скоростями около 1000 километров в час. Реактивные двигатели обеспечивают нам такие скорости, которые ещё недавно казались фантастическими. Они помогут нам летать со скоростями в несколько тысяч километров в час. Но для этого нужно летать выше - там, где воздух мало мешает полёту.

И авиация стремится подняться на поверхность воздушного океана, чтобы летать с невиданными ещё скоростями. Крылья нужны будут самолётам только для полёта в плотном воздухе, при взлёте и посадке. На огромных высотах ракетные самолёты полетят как снаряды, выпущенные гигантской пушкой.

Там, в стратосфере и ионосфере, проходят голубые дороги будущего. Эти дороги - особенные дороги. Они соединяют не город с городом, а материк с материком, полюс с полюсом.-

Люди изучают воздушный океан и овладевают им. Недалеко то время, когда вслед за приборами на неизведанные высоты поднимется и человек. Он проложит эти голубые дороги.

Но чтобы быстрее настало это время, нужно ещё много работать. Для всех найдётся здесь дело - будете ли вы физиками или метеорологами, авиационными инженерами или ракетными пилотами, математиками или астрономами. Быть может, и многие из вас, мои читатели, будут участниками этой увлекательной работы.