Тысяча и один вопрос о погоде

XI История изучения погоды

Введение. Истоки метеорологии теряются в глубине веков. Антропология свидетельствует о том, что человек проявлял интерес к погоде еще многие и многие тысячелетия тому назад. Отношение человека к погоде прошло два этапа.

На первом этапе наивная самоуверенность людей привела их к убеждению, что они могут управлять силами природы с помощью магических заклинаний. Однако изменения погоды происходили вопреки заклинаниям, совсем не так, как хотелось человеку. Поэтому он с большой неохотой вынужден был отказаться от «господства над природой». Затем последовал период, составивший несколько тысячелетий и продолжавшийся почти до наших времен, когда капризы погоды стали приписывать воле богов. Человек думал, что его действия заслуживают либо их гнев, и тогда они посылают в наказание ему неблагоприятные погодные условия, либо их милость.

Начало научному отношению к явлениям погоды положили ученые Древней Греции. Но эпоха мрачного средневековья надолго затормозила развитие их научных гипотез, поскольку этот период характеризовался полным запретом научных теорий.

Новые перспективы развития науки о погоде возникли в XVII и XVIII веках в связи с началом развития техники.

Галилей и другие ученые начали проводить важные физические измерения ряда характеристик атмосферы. Приборы создавались на основе теоретических выводов, полученных физиками, химиками, математиками и астрономами XVII и XVIII веков, которые работали подчас в невероятно трудных условиях, что, к сожалению, редко осознается современными студентами.

В наше время всевозможные приборы производят зондирование атмосферы до самой верхней ее границы. Человек стоит на пороге эпохи, когда он сможет выйти за пределы воздушной оболочки и путешествовать в космосе.[43] Он надеется, глубоко изучив атмосферу и явления, происходящие в ней, научиться управлять погодой, превратив мечту древнего человека в действительность.

780. Кто был самым первым метеорологом? Самыми первыми метеорологами можно считать колдунов первобытных общин. Среди многочисленных обязанностей, которые они должны были выполнять, являясь посредниками между соплеменниками и богом племени, одной из самых важных было управление погодой и особенно вызывание дождя в нужное время. Эти заклинатели дождя были очень важными персонами, часто не менее влиятельными, чем сам вождь племени. Общиной им вменялось в обязанность не только управление погодой, но и лечение болезней, урегулирование ссор, предсказание будущего и т. д. Это заставляло их стремиться знать больше, чем знают соплеменники, и, следовательно, изучать все, что могло бы помочь человеку в его трудной борьбе с природой. Джеймс Фрезер указывает, что «.. во многих частях мира король является наследником старых магов или лекарей… Вероятно, в Африке королем часто становился общинный маг и особенно заклинатель дождя».

781. Какие способы применялись первобытными колдунами, «распоряжавшимися» погодой? Применявшиеся ими методы обычно основывались на принципах подражательной магии. Если колдуну необходимо было вызвать, например, дождь, то он имитировал дождь, разбрызгивая воду, изображал жестами облака или подражал завыванию штормового ветра. Он надеялся, что природа отзовется на эти намеки.

Если необходимо было остановить дождь, он совершал различные манипуляции с огнем, которые должны были «высушить» дождь.

782. Как стремились вызвать дождь при помощи чувственной магии? Если подражательная магия не оказывала действия, заклинатели дождя иногда прибегали к приемам чувственной магии. Одним из обрядов был следующий. На расчищенном участке выкапывалась яма. В нее помещали одну из самых любимых собак племени. Испуганное животное зарывали в землю до головы и в ухо вливали горячее масло или воду. Услышав вой собаки, бог дождя должен был, по мнению колдунов, заплакать от жалости и пролить на землю дождь слез. Такие приемы входили, например, в древний индийский ритуал.

783. Какие обряды применялись для управления ветром? Для этой цели существовало несколько десятков магических обрядов. Они заключались в том, что колдуны дули, вращали «камень ветра» или ударяли по нему. Для того чтобы «остановить» ветер, многие колдуны бросали против ветра мусор или камни. Другие «побеждали» сильный ветер, размахивая хлыстом или горящими головнями, стараясь испугать его. Из ряда антропологических работ следует, что в некоторых случаях все племя сражалось против бури, считая, что это скопление вертящихся демонов.

784. Какое отношение к погоде имели древние боги?

∙ Зевс был верховным богом древних греков, главным среди богов Олимпа. Он олицетворял стихийные силы природы, моральную силу закона и правопорядка, наказывал виновных, распоряжался молниями, громом и дождем. Удар грома считался знаком, который подает Зевс, а Ирис, радуга, была его вестником. Главная святыня Зевса находилась в Додоне, где часто бушевали грозы.

В период засух афиняне молились ему на Акрополе: «Дождя, дождя, о дорогой Зевс, дождя на поля афинян и равнины».

Места, куда ударяли молнии, древние греки часто ограждали и посвящали «нисходящему Зевсу» — богу, который посещал землю, представ перед людьми в образе молнии.

∙ Юпитер. Юпитер был римским двойником Зевса. Он считался главным богом римлян, правителем небес, судьей людей и особым покровителем Рима. На Капитолии жители Древнего Рима поклонялись Юпитеру как богу дождя и грома. Один из римских писателей очень удачно показал контраст между набожностью древних римлян и их скептицизмом в более позднее время. Он писал, что в былые времена прекрасные благочестивые матроны босые взбирались по длинному склону Капитолия вымаливать у Юпитера дождь. Когда он снисходил к ним, дождь сразу же начинал лить как из ведра, и матроны возвращались насквозь промокшими. «Но теперь, — замечает он, — мы больше не религиозны и поэтому поля наши высушены солнцем».

∙ Тор. В соответствии со скандинавской мифологией, Тор был главным богом древних скандинавов, богом грома и молний (называвшихся молотком Тора), сельского хозяйства и времен года. В древних норвежских манускриптах читаем: «Тор господствует в небе. Именно он управляет громом и молнией, ветром и дождями, хорошей погодой и урожаями». Следовательно, в этом отношении скандинавский бог Тор вполне соответствовал своим южным собратьям Зевсу и Юпитеру.

∙ Донар. Донар, или Тунар, — бог древних германцев. Он был равнозначен скандинавскому богу Тору и, следовательно, римскому громовержцу Юпитеру. Об этом свидетельствует слово Thursday (четверг), день Тунара, которое равнозначно латинскому dies jovis (день Юпитера).

∙ Перун. У древних славян Перун был богом грома и в то же время, как и громовержцы Южной Европы, главным богом. Известно, что в древнем Новгороде стояло изображение Перуна в виде человека с громовым камнем в руке. Как пишут историки, славяне «верили, что бог, повелитель молний, является единственным господином всего имущества, и приносили ему в жертву рогатый скот».

∙ Перкунас. Главным богом древних литовцев был Перкунас, или Перкунс, бог грома и молний. Он жил в чаще лесов. Когда нужен был дождь, Перкунасу приносили в жертву черного теленка, козла или петуха.

∙ Индра. Индра был богом сильного ветра и грома в Древней Индии. Свое могущество он демонстрировал, низвергая на землю молнии. Считалось, что Индра и Парджаниа, другой индийский бог дождя, были благосклонны к молитвам и специальным обрядам, совершавшимся лишь несколькими избранными брахманами. Поэтому некоторые брахманы многие годы изучали правила, которые должны были помочь им достигнуть союза с богами и этим защитить людей от враждебных богов дождя.

∙ Лунг-Вонг. Лунг-Вонг — бог дождя и ветра в Китае. По широко распространенному обычаю, когда нужен был дождь, из бумаги и дерева изготовляли большого дракона и несли его в процессии, чтобы подарить богу дождя. Если дождь не выпадал, дракона в гневе разрывали на куски. Но если дождь орошал землю, бог дождя императорским указом мог быть произведен в более высокий ранг. Весной 1888 года мандарины Кантона молились Лунг-Вонгу, стараясь остановить непрекращающийся ливневый дождь. Когда же бог не помог им, они держали его изображение взаперти пять дней и возвратили на прежнее место, когда небо прояснилось. Почти так же поступали древние сиамцы. Если нужен был дождь, они помещали своих идолов на солнцепек, чтобы те сами почувствовали, как тяжело людям без дождя.

∙ Фудзин. Фудзин — бог древних японцев, который повелевал ветрами. Как и многие другие народы, японцы тех времен имели многочисленных богов, которые распоряжались погодой. У богов они вымаливали то, что им хотелось. Например, если нужен был дождь, об этом просили соответствующего бога. Когда молитвы не приносили желаемого результата и терпение людей истощалось, они бросали изображение местного бога дождя на высушенное зноем поле, говоря ему: «Посмотри, как тебе это нравится?!».

∙ Эолус. В соответствии с греческой мифологией, северный, южный, восточный и западный ветры (Борей, Нот, Еурус и Зефир) подчинялись Эолусу, царю ветров, который держал их в пещере на горе Хаемус во Фракии. Сильные разрушительные ветры находились во власти Тифоеса. Эолус собрал все ветры в мешок и подарил их Уллису, чтобы он мог использовать их в морских скитаниях. Спутники Уллиса, думая, что в мешке скрыты сокровища, развязали его и невольно дали ветрам вечную свободу.

785. Что такое башня ветров? Башней ветров[44] называют восьмигранную башню, которая была воздвигнута в честь ветров в древних Афинах на Акрополе. На каждой грани расположено скульптурное изображение одного из ветров. Все фигуры обнажены, имеют крылья и несут символические дары. Нот, южный ветер, опустошающий кувшин воды, преследует Еуруса, восточного ветра, за которым, в свою очередь, следует Зефир, западный ветер, несущий в мантии фрукты. Башня ветров была снабжена водяными и солнечными часами, которые показывали как время дня, так и время года.

786. Что такое дождевой камень Рима? Почти в каждой древней стране существовали специальные предметы— камень, сооружение или фигура, которым приписывалась магическая сила воздействия на погоду. У римлян таким предметом был lapis manalis, камень, который находился за стенами Рима вблизи храма Марса. Во время засухи камень втаскивали в Рим. Считалось, что это немедленно вызовет дождь.

787. Где и когда возникла астрология? Астрология зародилась в древнем Вавилоне, около 3000 лет до н. э., когда этот большой город был центром мировой культуры. Вавилоняне и несколько позже халдеи славились как астрономы и математики. Они считали, что на судьбу людей, так же как и на условия жизни на Земле, влияют явления, происходящие на небесах. Особое значение они придавали положению на небе планет и звезд. Астрология сыграла некоторую роль в развитии человеческой мысли.

788. Как распространялась астрология? Астрология пришла на Запад с Востока и утвердилась в Греции за 400 лет до нашей эры. В Риме она начинает распространяться еще до начала христианской эры, несмотря на сопротивление, которое ей оказывали властители Древнего Рима. В эллинский и римский периоды ее культивировали в районе Нила. Позже, между VII и XIII веками н. э., астрологию развивали арабы. Астрологи занимали высокое положение в обществе и в средние века пользовались большим авторитетом у европейских правителей. Они обладали широким кругозором, были знакомы с такими науками, как ботаника, химия, анатомия, медицина и математика.

Когда миновала эпоха средневековья и стали развиваться естественные науки, астрология потеряла свои позиции. Тем не менее еще сейчас можно встретить ловкачей, которые используют ее с выгодой для себя. Кроме того, некоторые занимаются астрологией ради забавы. Несмотря на то что астрология когда-то представляла собой попытку людей познать Вселенную, наука давно потеряла к ней всякий интерес.

789. Какое отношение астрология имела к погоде? Изучение Солнца, Луны, планет и звезд дало почву астрологическим прогнозам погоды. С развитием печати эти прогнозы стали появляться в регулярных выпусках альманахов и календарей, которые, кроме того, содержали астрономические данные и сведения о религиозных праздниках. Сочетание метеорологии и астрологии — астрометеорология — имеет еще и в настоящее время защитников. Многочисленные альманахи и журналы по астрометеорологии пользуются довольно широким спросом, несмотря на то что она лишена какой-либо научной основы.

790. Какой элемент погоды был впервые измерен? Первым точно измеренным метеорологическим элементом было количество выпавшего дождя. Для таких измерений не требовалось ничего, кроме ведра и линейки. Определить точно, где, когда и кем был установлен первый дождемер, невозможно. Греки регистрировали количество осадков еще в V веке до н. э. Выпадающий дождь измерялся в Индии в IV веке до н. э. Измерение осадков проводилось в Палестине в I веке н. э. Результаты его сохранились в некоторых религиозных еврейских памятниках письменности. В 1442 году корейцы измеряли дождь при помощи тяжелых бронзовых цилиндрических сосудов на каменных подставках.

791. Когда впервые было определено направление ветра? Точно указать время, когда начали определять направление ветра, также невозможно. Флюгарки применялись в Афинах еще во II веке до н. э. В начале христианской эры многие римские виллы были украшены флюгарками. Некоторые флюгарки вертикальной осью соединялись со стрелкой, которая указывала направление ветра на шкале, установленной на потолке.

Количество выпавшего дождя и направление ветра были единственными метеорологическими элементами, которые точно измерялись еще до создания метеорологических приборов в XVI веке.

792. Какой вклад в изучение погоды внесли древние вавилоняне? Климат Вавилона был мягким, хотя и не таким однообразным, как климат Египта. Вавилоняне создали систему розы ветров с восьмью румбами. Начиная с VII–IX веков до н. э. знания о явлениях погоды были превращены жрецами в некое подобие профессии. Вместе со знаниями по астрономии они явились источником зарождения астрометеорологии.

793. Каков вклад в изучение погоды древних египтян? Египтяне сделали очень мало для развития науки о погоде. Их безразличие к изучению погоды было порождено мало меняющимся климатом и тем, что для ирригации использовалась вода Нила. Однако периодические катастрофические наводнения, вызываемые разливами Нила, заставили их изучать причины наводнений и, следовательно, периодической смены сезонов. Они заметили, что подъем воды в Ниле происходит в тот сезон, когда на небе ранним утром начинает появляться яркая звезда Сириус. Таким образом, за начало года египтяне приняли время появления этой звезды; продолжительность года определялась периодом между двумя ее последовательными появлениями.

В Египте самые жаркие дни приходятся на август. В древности это объясняли тем, что тепло Сириуса (созвездие Большого Пса), появляющегося как раз в это время, прибавляется к солнечному, и поэтому жара усиливается. Именно отсюда идет выражение «собачьи дни», которое бытует в Египте и поныне.

794. Какой вклад внесли древние греки в изучение погоды на научной основе? Начало научного подхода к изучению погоды связано с деятельностью нескольких выдающихся философов Древней Греции, которых не удовлетворяло общепринятое мнение, что погода изменяется по прихоти богов. Гесиод, например, уже в 750 году до н. э. предлагал фермерам и морякам некий звуковой прибор, созданный на основе реальных наблюдений за погодой.

Греческий философ Анаксимандр из Ионии, живший в VI веке до н. э., считал, что ветер представляет собой движение воздуха. Это определение вряд ли было кем-нибудь улучшено. Греки регулярно наблюдали за погодой еще в V в. до н. э. В этом же веке Гиппократ, отец медицины, произвел некоторые очень важные наблюдения, на основе которых сделал вывод об относительном влиянии климата на здоровье и условия жизни человека.

795. Какую роль сыграл в метеорологии Аристотель? В 350 году до н. э. Аристотель завершил монументальную работу о погоде. Великий философ Древней Греции опубликовал четыре книги под общим названием «Метеорология», в которых были собраны все предшествующие знания в области метеорологии, а также астрономии. Почти 2000 лет «Метеорология» служила учебником. В ней рассматривался значительно более широкий круг вопросов, по сравнению с тем, что теперь изучает метеорология. В этом огромном философском компендиуме рассматривались все физические явления, которые происходят на земле, на море и в воздухе. Книги содержали также критический разбор работ Пифагора, Анаксагора, Сократа, Гиппократа и Демокрита.

796. Кто такой Теофраст? Как и мы теперь, люди древнего мира хотели знать, какая будет погода, а также понять, почему она такая. «Метеорология» Аристотеля не могла в полной мере удовлетворить их нужды. Теофраст (около 375–285 год до н. э.) написал трактат, названный «Книгой признаков». В нем были изложены многочисленные правила предсказания погоды. Теофраст (настоящее его имя Тирант) был одним из любимых учеников Аристотеля в знаменитой перипатетике (от греческого peripatetikos — «прогуливаться») — школе философии в Афинах. Как и многие философы Древней Греции, он интересовался широким кругом явлений, относящихся к ботанике, психологии и физике. Его «Книга признаков» содержала по крайней мере 80 признаков дождя, 45 признаков ветра, 50 признаков штормов, 24 признака хорошей погоды и 7 признаков, по которым определялось, какая погода будет через год или больше. Признаки представляли собой смесь науки и фольклора.

797. Каков вклад древних римлян в науку о погоде? С распадом греческой цивилизации пришли в упадок искусство и науки, в том числе и наука о погоде. Римляне были непревзойденными мастерами в области законодательства, политики, ремесел и строительства. Но они оказались удивительно беспомощными в науке и искусстве. Они добавили очень мало нового к сведениям о погоде. Даже погодный фольклор был ими заимствован у Теофраста — представителя греческой школы. Наиболее известные латинские трактаты о погоде были написаны Вергилием в его первой книге «Георгики». В большинстве своем они представляли собой толкование фольклора, унаследованного от греков.

798. В чем состояли заслуги арабов в развитии метеорологии? Наблюдая заход и восход солнца на ясном небе пустыни, арабские астрономы в XI веке произвели первую, грубую оценку высоты верхней границы атмосферы. По продолжительности сумерек они установили, что атмосфера имеет существенную плотность до высоты 80 км. Многочисленные более поздние исследования подтвердили это. Наибольшая высота, на которой плотность воздуха еще достаточна для того, чтобы рассеивать ощутимое количество солнечного света, — 70 км. Эту высоту называют границей сумерек.

799. Как относились к изучению погоды в период средневековья? В средневековой Европе наблюдалась тенденция отстаивать достоверность старых притчей и религиозных предрассудков о погоде. Во время господства астрологии и всеобщей веры в то, что явления погоды— это проявление воли всевышнего, попытки научно объяснить их рассматривались как нечестивые, еретические действия. Но несмотря на это, в конце XII века в Европе появился на латинском языке большой компендиум Аристотеля «Метеорология». Это был перевод с арабского текста, причем последний, в свою очередь, являлся переводом с греческого. Его появление положило начало изучению метеорологии, правда в ограниченных пределах, в некоторых университетах. Но в основу этого изучения было положено признание непогрешимости Аристотеля и библии и, таким образом, оно не способствовало развитию дальнейших исследований явлений погоды. Такое положение сохранялось до тех пор, пока некоторые смелые мыслители не дерзнули нарушить запрет церкви и не стали искать ответов на возникшие вопросы, не прибегая к книге Аристотеля.

800. Что такое «Правила пастуха из Бэнбери»? Это уникальное собрание правил предсказания погоды, заимствованных из астрометеорологии, фольклора и опыта наблюдений за погодой. Оно принадлежит перу неизвестного автора и впервые было издано в 1744 году в Англии Клэриджем, хотя написано гораздо раньше. Полагают, что правила отражают отношение к погоде в средневековой Европе. Правила, за некоторым исключением, являются, по существу, тщательной компиляцией «Книги признаков» Теофраста, а также работ Арата и Вергилия.

801. Где впервые появилась систематическая климатология? Некоторые явления погоды начали регистрировать еще древние греки в V веке до н. э. Однако попытка регулярно собирать сведения о погоде и на основе их делать выводы о состоянии погоды в том или ином районе была впервые предпринята в Англии в 1337 году. Этот год явился годом зарождения систематической климатологии. Эта работа была выполнена Уильямом Мермом, бывшим с 1337 по 1344 год стипендиатом Мертонского колледжа Оксфорда. В законченном виде она была опубликована в 1891 году.

802. Какие приборы считаются основными в современной метеорологии? Эра приборной метеорологии началась с изобретения термометра и родственного ему прибора — барометра. Важность изобретения этих приборов для метеорологии — науки, возведенной в высший ранг, — едва ли можно переоценить. Они помогли человеку понять природу гидродинамических сил. Как врач теперь не решится поставить диагноз болезни своего пациента без измерения температуры тела и давления крови, так и метеоролог не может составить карту погоды без данных измерения барометрического давления и температуры воздуха.

803. Кто изобрел первый термометр? Великий итальянский ученый-экспериментатор Галилео Галилей (1564–1642) очень интересовался физикой воздуха. Изучая труды Герона из Александрии, Галилей обратил внимание на термоскоп, который был создан Героном еще в третьем столетии. Правда, термоскоп этот был очень примитивным.

В 1592 году в Падуанском университете Галилей сконструировал первый воздушный термометр, основанный на принципе расширения воздуха при нагревании.

Благодаря Галилею и его ученикам, Северная Италия стала колыбелью инструментальной метеорологии и физики.

804. Какой вид имел воздушный термометр Галилея? Термометр Галилея был мало похож на современный. Он состоял из большой колбы, наполненной воздухом, и стеклянной трубки. Воздух в колбе при нагревании расширялся и оттеснял вниз воду в трубке, уровень которой и показывал температуру. Примерно в 1612 году Галилей создал термометр, устроенный в основном так же, как и термометр, которым мы пользуемся теперь. Круглый или цилиндрический резервуар заполнялся спиртом. При расширении спирт поступал в запаянную с одного конца трубку, которая другим концом соединялась с резервуаром. Температура определялась по положению уровня спирта в трубке. Ртутный термометр был создан в 1709 году жившим в Голландии немецким физиком Габриелем Даниелем Фаренгейтом.

805. Какие трудности встали перед первыми создателями термометров? Наиболее сложной проблемой явился выбор надежных реперных точек, необходимых для создания удобной для практических целей шкалы, а также определение цены деления шкалы. С этой целью было проведено множество экспериментов.

В 1688 году ученый Даленс в качестве нижней реперной точки выбрал температуру воздуха, при которой замерзает вода. Верхней реперной точкой была температура таяния сливочного масла. Другие для этой цели брали температуры воздуха в периоды летнего зноя и зимнего холода или температуру льда при. очень сильном морозе. Были попытки использовать температуру крови различных животных. Очевидный недостаток всех этих реперных точек заключается в том, что они изменяются с течением времени.

806. Что такое шкала Фаренгейта? Эту шкалу построил Габриель Даниель Фаренгейт в 1714 году. За нуль он принял уровень, до которого упала ртуть в его термометре в особенно холодный день в Данциге. Позднее точка нуль стала соответствовать температуре смеси хлористого аммония, поваренной соли и снега. Противоположная реперная точка соответствовала нормальной температуре тела человека. Интервал между реперными точками был разбит на 96 делений, называемых градусами.

807. Кем была создана стоградусная шкала? Стоградусная шкала была предложена в 1742 году шведским астрономом Андресом Цельсием. Нулевая реперная точка его шкалы соответствовала температуре смеси воды и льда. Точка 100 градусов соответствовала температуре кипящей воды[45].

808. Кто построил абсолютную шкалу температуры? Абсолютную шкалу температуры, или шкалу Кельвина, создал около 1850 года английский ученый Уильям Томсон (лорд Кельвин). Его шкала является наиболее обоснованной. Нуль этой шкалы соответствует температуре, при которой прекращается тепловое движение молекул.

809. Что навело на мысль о существовании давления атмосферы? Естествоиспытатели средних веков, объясняя, почему насос выкачивает воду, говорили: «Природа не терпит пустоты». Однако правильность этого вывода однажды была поставлена под сомнение. Великий герцог Тосканы Фердинанд II, приказав в 1640 году вырыть вблизи Флоренции глубокий колодец, был очень удивлен тем, что с помощью насоса не удается выкачать воду из трубы колодца, который имел глубину 15 м, даже когда из нее был выкачан воздух, на высоту более 9,76 м. Рассказывают, что исследуя по приказу герцога этот вопрос, Галилей иронически заметил: «Кажется, природа терпит пустоту выше 32 футов». Перед смертью он высказал предположение, что жидкости, имеющие различные плотности, должны подниматься в трубе, из которой выкачан воздух, на разную высоту, поскольку жидкость поднимается под действием силы веса воздуха. Галилей посоветовал своему другу и ученику Эванжелисте Торричелли проверить его предположение о том, что воздух имеет вес.

810. Кто изобрел первый жидкостный барометр? Первый жидкостный барометр был сконструирован в 1643 году Эванжелистой Торричелли, профессором математики Флорентийской академии. К выводу о возможности создания прибора для измерения атмосферного давления он пришел после изучения проблемы, предложенной ему Галилеем. Вместо воды Торричелли для эксперимента взял наиболее тяжелую и, следовательно, наиболее удобную жидкость — ртуть. Он заметил, что ртуть поднялась в трубке, из которой был выкачан воздух, на 762 мм, и сделал вывод, что жидкость в трубке поднимается за счет давления атмосферы на поверхность жидкости, а не благодаря какой-то мистической всасывающей силе, создаваемой пустотой.

811. Как был устроен барометр Торричелли? Он состоял из стеклянной трубки длиной около 90 см, запаянной с одного конца и наполненной ртутью. Закрыв незапаянный конец пальцем, Торричелли медленно перевернул трубку и погрузил нижний конец ее в сосуд со ртутью. Когда он убрал палец с конца трубки, ртуть в ней опустилась, и уровень ее остановился на высоте около 75 см над уровнем ртути в сосуде. Поместив свой прибор в стеклянный колокол, Торричелли стал выкачивать из него воздух. Уровень ртути в трубке понизился. Так Торричелли доказал, что столбик ртути в трубке уравновешивается давлением атмосферы, и создал прибор, позволяющий измерять это давление. Барометр Торричелли, значительно усовершенствованный, применяется и в настоящее время для точных измерений давления воздуха.

812. Кто способствовал тому, что Италия стала колыбелью инструментальной метеорологии? Великий герцог Тосканы Фердинанд II не был ученым. Но несмотря на это, он с большой симпатией относился к работам ученых, особенно таких, как Галилей и Торричелли, которые играли выдающуюся роль в Падуанском университете и Флорентийской академии. Фердинанд II проявлял большой интерес к погоде и не жалел времени и средств на развитие метеорологии. В 1653 году он основал несколько станций для наблюдения за погодой в Северной Италии, создав, таким образом, первую в мире метеорологическую сеть. Она не получила развития, так как никто не знал, как нужно использовать и сделать сравнимой информацию, полученную с различных станций.

813. С помощью какого опыта было показано, что давление атмосферы уменьшается с высотой? В 1648 году молодой французский математик Блэз Паскаль выдвинул идею о том, что давление воздуха, как и других жидкостей, должно падать с уменьшением столба воздуха, т. е. с увеличением высоты над поверхностью Земли. Но проверить эту идею Паскаль не мог, так как в округе не было подходящих для этого возвышенностей. Тогда он попросил проделать этот опыт своего шурина Перье, который жил на юге Франции.

Перье поднял ртутный барометр на вершину горы Пюи-де-Дом и был чрезвычайно удивлен, увидев, что столбик ртути в трубке понизился. С помощью этого опыта Паскаль установил, что высота столба ртути пропорциональна весу находящегося над барометром воздуха. Этот вывод имел большое значение для дальнейшего изучения атмосферы.

814. Когда был создан барометр-анероид? Анероид был создан только в 1843 году, т. е. через 200 лет после изобретения ртутного барометра. Его создателем был Люсьен Види, французский ученый, который пришел к выводу, что давление атмосферы можно измерять с помощью переносных приборов, содержащих маленькие коробочки, из которых выкачана большая часть воздуха. Изменение атмосферного давления заставляет коробочки изменять свою форму, что с помощью рычагов может передаваться на стрелку, указывающую на определенным образом отградуированной шкале давление воздуха. Этот принцип заложен в основу устройства современных высотомеров, которые используются на самолетах для измерения высоты полета по изменению атмосферного давления.

815. Что такое закон Бойля и каково его значение? Роберт Бойль родился в Ирландии, а образование получил в Англии. Он очень интересовался физикой газов и провел много экспериментов. В 1662 году в Оксфорде он открыл закон, выражающий зависимость между объемом воздуха и его давлением. Он гласит, что при постоянной температуре объем данного количества воздуха обратно пропорционален его давлению. Закон явился первым вкладом в динамику атмосферы.[46]

816. Как выглядел первый анемометр? Английский физик Роберт Гук в 1667 году создал первый анемометр, который впервые позволил получать численные величины скорости ветра[47]. Прибор состоял из прямоугольной пластины, укрепленной за верхнюю часть так, что ветер мог отклонять ее на некоторый угол от вертикали. Величина угла была пропорциональна скорости ветра, значения которой были выгравированы на шкале, установленной перпендикулярно пластине. Вращающиеся анемометры появились около 1724 года и были усовершенствованы в 1774 и 1790 годах швейцарскими и немецкими учеными.

817. Кто впервые объяснил механизм пассатов? Пассаты были известны мореплавателям многих народов и использовались ими еще за несколько столетий до того, как была предпринята первая попытка объяснить механизм их возникновения.

В 1696 году Эдмунд Галлей, британский королевский астроном, опубликовал монументальную работу[48], в которой он попытался объяснить общую циркуляцию атмосферы различными условиями нагревания земной поверхности. Он пришел к совершенно правильному выводу, что особенности режима ветра на земном шаре состояния равновесия вторжением холодного воздуха в районы, где располагается теплый воздух. Галлей провел исследования движений воздуха большого масштаба, за что получил титул «отца динамической метеорологии».

818. Кому принадлежит заслуга дальнейшего развития взглядов Галлея? Эта заслуга принадлежит Джорджу Гадлею, адвокату по профессии. В 1735 году он представил Королевскому обществу Англии доклад. В нем он излагал теорию, согласно которой на потоки воздуха большого масштаба действует вращение Земли, создающее отклоняющую силу (силу Кориолиса). По его утверждению, именно это явление служит причиной формирования пассатного пояса ветров, дующих к экватору в северном полушарии с северо-востока, а в южном полушарии с юго-востока.

819. Кто впервые использовал змеи для зондирования атмосферы? Летним днем 1749 года в шотландском городе Глазго Александр Вильсон поднял в воздух несколько связанных попарно змеев, к которым были привязаны термометры. Змеи, поднявшиеся выше всех, скрылись в кучевых облаках на высоте около 760 м. Через определенные промежутки времени термометры отсоединялись от змеев и опускались на землю. Они показывали приблизительную температуру воздуха на соответствующей высоте.

820. Что представляет собой общеизвестный эксперимент со змеем Бенджамина Франклина? В 1752 году Бенджамиц Франклин поставил эксперимент в области атмосферного электричества. Он запустил змей в пасть грозы и опроверг суеверия, которые были связаны с представлениями о молнии. Франклин с помощью своего опыта показал, что молния — это электричество. Основываясь на таком выводе, он создал громоотвод. Франклин сообщил о своем эксперименте химику Джозефу Пристли, который впоследствии писал: «..Обнаружив это явление, он немедленно поднес сустав пальца к ключу, подвешенному на веревке змея, и… ощутил электрический разряд…» Франклину в тот день очень повезло. Если бы по мокрой веревке змея прошел не побочный, а полноценный разряд молнии, его карьера окончилась бы самым печальным образом.

821. Какие наблюдения над погодой провел Бенджамин Франклин? В 1743 году, т. е. еще за несколько лет до своего знаменитого эксперимента со змеем, Франклин установил, что в умеренной зоне Северной Америки погода распространяется в общем направлении с запада на восток. Сравнивая результаты своих наблюдений в Филадельфии с результатами наблюдений, проводившихся одновременно его братом в Бостоне, Франклин установил, что шторм обычно движется навстречу ветру, приносящему дождь. Тщательно изучая корреспонденцию из Бостона, он пришел к выводу, что несмотря на то, что ветер у поверхности земли направлен с востока, шторм в действительности движется на восток, через Филадельфию на Бостон и далее на море.

822. Кто установил, что воздух состоит из нескольких компонентов? В 1756 году Джозеф Блэк, будучи еще студентом медицинского факультета Эдинбургского университета, установил, что в воздухе есть углекислый газ. Он пришел к выводу, что этот газ представляет собой хотя и небольшую, но постоянную составную часть воздуха, следовательно, воздух не простой элемент, а состоит из ряда элементов. Этим поразительным открытием Блэк нанес удар существовавшей более 2000 лет гипотезе, которая утверждала, что атмосфера состоит из «воздуха» и водяного пара. Работа Блэка дала толчок дальнейшим исследованиям состава атмосферы, в результате которых вскоре были открыты газы, входящие в состав воздуха.

823. Когда были открыты азот и кислород? Азот, составляющий ⁴/₅ атмосферы, был обнаружен в атмосфере в 1775 году шотландским химиком Даниел ем Резерфордом, а кислород, газ жизни, на долю которого в атмосфере приходится около ¹/₅, — знаменитым английским химиком Джозефом Пристли в 1774 году. Наличие в атмосфере инертных газов (аргона, неона, гелия, криптона и ксенона), называемых так потому, что они не вступают в соединения с другими химическими элементами, было предсказано Кавендишем еще в 1785 году, а открыты они были во второй половине XIX столетия.

824. Кто изобрел волосной гигрометр? Первый волосной гигрометр, служащий для определения влагосодержания атмосферы, был создан в 1783 году швейцарским геологом Горацием Бенедиктом де Соссюром. В качестве чувствительного элемента он использовал обычный человеческий волос, который независимо от температуры удлиняется во влажном воздухе и сокращается в сухом. В том же году Соссюр опубликовал статью, в которой доказал, что при одних и тех же температуре и давлении влажный воздух легче сухого.

825. Кто впервые показал, что дождь можно получить при охлаждении воздуха, насыщенного водяным паром? В 1784 году шотландский геолог Джеймс Хаттон представил Королевскому обществу Эдинбурга доклад, в котором утверждал, что дождь можно было бы получить путем охлаждения объема насыщенного водяным паром воздуха. Этот вывод оказался основополагающим в метеорологии, несмотря на то что Хаттон не указал в своем докладе, что охлаждение поднимающегося воздуха за счет его расширения — причина преобладающего большинства всех дождей и снегопадов.

826. Кто описал эффект нагревания при сжатии воздуха? В 1800 году школьный учитель из Англии Джон Дальтон указал, что при сжатии и расширении газов происходит их нагревание и охлаждение. Эти явления представляют собой основные причины многих процессов, происходящих в атмосфере. Охлаждение влажного воздуха при расширении — основная причина всех дождей. Нагревание воздуха при его сжатии является главным фактором образования теплых и сухих ветров, как, например, чинук и Санта Ана, которые за несколько часов могут превратить снежное поле в покрытую пылью землю.

827. Кто предложил первую пригодную для практики классификацию облаков? Первую классификацию облаков, пригодную для практического использования, дал в 1803 году химик английской мануфактуры Льюк Говард. Она содержала основные формы облаков (cirrus, stratus, cumulus и др.) и позволила понятнее говорить и писать об облаках. Таким образом, был открыт путь многочисленным полезным исследованиям облаков. Постепенно классификация Говарда улучшалась международными облачными комиссиями. Однако основой существующей классификации остается перечень облаков, предложенный Говардом.

828. Когда была создана шкала Бофорта, служащая для измерения скорости ветра? В 1806 году гидрограф Британского королевского военного флота контр-адмирал сэр Фрэнсис Бофорт предложил самую лучшую по тому времени шкалу для измерения ветра. Он разработал классификацию ветров, которая давала возможность определять относительные скорости ветра на море с помощью внешнего вида волн и на суше по хорошо известным явлениям. Шкала Бофорта, первоначально основывалась на терминах, которые применялись моряками для обозначения скорости ветра (штиль, бриз, шквал, шторм и т. д.). Стремясь унифицировать свою шкалу, Бофорт описал действие ветра каждой из тринадцати градаций своей шкалы на типичной британский корабль.

829. Кто впервые правильно описал механизм образования росы? В 1814 году английский врач Чарльз Уэллз положил конец долгое время признававшейся всеми теории о том, что роса выпадает с неба. Он показал, что когда воздух находится в соприкосновении с холодной подстилающей поверхностью, его температура падает ниже точки насыщения, свойственной данному содержанию водяного пара. На поверхности земли и различных предметах происходит конденсация водяного пара и образуются капельки воды (роса) или кристаллики льда (иней) в зависимости от температуры этой поверхности.

830. Кто изобрел психрометр? Психрометр — прибор для измерения точки росы и других характеристик влажности — был изобретен в 1825 году Рихардом Ассманом. Современный психрометр очень прост и является самым точным из всех приборов, применяющихся для измерения влажности воздуха. Он состоит из двух термометров, смонтированных рядом. Когда необходимо измерить влажность, резервуар одного из них увлажняют. За счет испарения воды с поверхности увлажненного резервуара температура понижается. Разница в показаниях сухого и смоченного термометров дает возможность определить количество влаги в воздухе.

831. Где была организована первая сеть метеорологических станций? Спустя почти 200 лет после неудавшейся попытки великого герцога Тосканского организовать в Северной Италии сеть метеорологических станций в Европе вновь стали предприниматься попытки создать сеть станций для наблюдения за погодой. В начале XIX века шевалье де Ламарк, работая во Франции с П. С. Лапласом, А. Л. Лавуазье и другими, учредил систему метеорологических станций и опубликовал серию годичных сводок погоды. Самым большим препятствием для осуществления проекта явилось отсутствие быстрой связи (телеграф еще только начали создавать).

832. Когда были составлены первые карты погоды? В 1820 году немцу Генриху Брандесу пришла в голову очень важная мысль. Она состояла в том, что явления погоды можно будет лучше изучить, если нанести на карту результаты наблюдений погоды, произведенных в одно и то же время на большой территории. К нему присоединился американец Уильям Рэдфилд. Реализовать идею построения синоптических (широкообзорных) карт Брандесу и Рэдфилду в их странах было очень трудно, так как почтовая корреспонденция со сводками погоды из отдаленных мест доставлялась крайне медленно и сведения о погоде поступали с большим опозданием. Карты Брандеса содержали данные о погоде 37-летней давности! Однако очень важным явился сам факт того, что началось составление карт погоды, которое в полной мере осуществлялось после установления телеграфной связи.

833. Когда впервые для передачи данных о погоде был использован телеграф? В 1844 году, 25 лет спустя после того, как Эрстед открыл возможность применения явления электромагнетизма для электрического телеграфа, первый коммерческий телеграф передал с помощью азбуки Самюэля Ф. Б. Морзе первую телеграмму из Балтиморы в Вашингтон. В это же время возникла идея использовать телеграф для передачи сводок погоды с периферийных метеорологических станций в центральные учреждения.

Впервые передача сводок погоды была организована в 1849 году американским электрофизиком и секретарем Смитсонианского института Джозефом Генри. Он и американский метеоролог-теоретик Джеймс Эспи положили начало организации регулярной службы погоды в Соединенных Штатах, которая была отдана в ведение военного министерства.

Первая оперативная карта погоды, т. е. карта, на которую была нанесена информация, полученная с помощью электрического телеграфа в этот же день, была составлена в Англии 8 августа 1851 года. На нее были нанесены результаты наблюдений, произведенных в 9 часов утра.

834. Когда телеграфные передачи метеорологических наблюдений были впервые использованы в прогностических целях? Использовать электрический телеграф для передачи сводок погоды в целях составления прогнозов погоды впервые предложил в 1842 году пражанин Карл Крейль. Аналогичное, но разработанное более тщательно предложение поступило в Британскую ассоциацию от англичанина Джона Болла. Но наиболее эффективно использовал телеграф для прогнозирования штормов и других условий погоды в 1854 году французский астроном Урбан Леверье. Он получил распоряжение французского императора Наполеона III организовать систему прогнозирования погоды, после того как во время шторма 14 ноября 1854 года в Черном море затонуло много французских и британских кораблей, которые перевозили ценное снаряжение для союзной армии, действовавшей в Крыму.

Создание службы прогнозов и штормового предупреждения было завершено в 1860 году профессором физики Утрехтского университета (Голландия) Бейс-Балло.

835. Какие проблемы возникли перед созданной службой прогнозов? Деятельность Леверье и других положила начало созданию национальных сетей метеорологических станций, которые в середине XIX века появились во многих странах. Однако прогнозирование основывалось на недостаточно надежных теоретических выводах. Методы прогнозирования в то время развивались крайне медленно, хотя широкой поступью двигалась вперед статистическая и описательная метеорология. Типичным было положение в Англии. Метеорологическая служба была создана в 1854 году и организационно вошла в министерство торговли как один из его департаментов, во главе которого был поставлен адмирал Фицрой. В 1867 году начал функционировать Метеорологический комитет Королевского общества. Работа этого комитета часто перестраивалась в связи с тенденцией научных кругов добиться астрономической точности прогнозов погоды. Только в 1879 году служба погоды в Англии окончательно стала на ноги.

836. Когда началось международное сотрудничество в изучении погоды? В 1853 году состоялось международное соглашение приморских стран, которое явилось началом систематического обмена информацией о погоде на море. В 1872 году на конференции директоров служб погоды некоторых стран в целях организации получения информации о погоде с каждой обитаемой части земного шара, а также для распространения всеми имеющимися средствами связи метеорологической информации, получаемой со станций, расположенных на суше, и кораблей, была учреждена Всемирная метеорологическая организация.

837. Когда были созданы первые климатические карты? Первые карты, показывающие глобальное распределение атмосферного давления, были построены в 1869 году секретарем Шотландского метеорологического общества Александром Баханом. В 1870 году немец X. Мон подготовил атлас штормов, а в 1882 году американским математиком Элиассом Лумисом была создана первая карта, показывающая глобальное распределение осадков. Первый общий метеорологический атлас был создан директором Австрийского метеорологического центра Юлиусом Ганном в 1887 году.

838. Кто впервые описал общие характеристики областей низкого давления? В 1841 году была опубликована работа Джеймса Поларда Эспи, американского ученого-метеоролога, «Философия штормов». Она дала повод для многочисленных научных дискуссий и вызвала появление ряда статей, описывающих структуру и действие штормов. Эспи впервые показал, что конвекция (крупномасштабные восходящие движения воздуха) наблюдается в областях низкого давления, или циклонах. Он развил теорию, в соответствии с которой центры низкого атмосферного давления возникают благодаря уносу масс воздуха термической конвекцией, формирующейся за счет высвобождения тепла при конденсации водяного пара. Эспи также показал, что низкое давление способствует возникновению спиралеобразного движения воздуха от периферии к центру и что шторм как целое переносится общей циркуляцией атмосферы. Идеи Эспи не согласовывались с происхождением, структурой и поведением областей низкого давления умеренной зоны, образующихся при встрече противоположных по своим свойствам воздушных масс. Они, однако, хорошо соответствовали происхождению, структуре и развитию тропических циклонов (ураганов).

839. Кто написал «Закон штормов»? Около 1850 года директор Королевского метеорологического института в Берлине Генрих Вильгельм Дове опубликовал свою знаменитую книгу «Закон штормов». В ней он показывал, что штормы образуются, когда наблюдается взаимодействие полярного воздуха с тропическим. Книга содержала более полное объяснение глобальных систем ветра. Дове рассматривал две главные циркуляции в обоих полушариях: одна — между экватором и субтропиками, другая — между субтропиками и полюсами. Трактат Дове был ранним предвестником современных синоптических методов в метеорологии.

840. Кто создал первое большое собрание статистических характеристик воздушных и океанических течений? В 1855 году офицер и гидрограф американского военно-морского флота Мэтью Фонтэн Мори опубликовал классическую работу «Физическая география моря», основанную на тысячах наблюдений за ветром и океаническими течениями, результаты которых заносились в вахтенные журналы кораблей. Мори создал удивительно полные карты ветров семи морей. Эти карты оказывали неоценимую помощь капитанам, которые, по их утверждению, могли благодаря им сократить время плавания на 25 процентов.

841. Кто подчеркнул важность влияния вращения Земли на системы ветров? В то же время, когда Мори опубликовал свою работу, другой американец, Уильям Фэррел занимался теоретической стороной проблемы происхождения различных особенностей ветра. В 1856 году он опубликовал работу «Очерки ветров и океанических течений». В этих очерках и в более поздних статьях он математически строго показал, что воздух имеет тенденцию поворачивать вправо от направления первоначального движения. Правда, идеи об отклоняющем действии вращения Земли были высказаны еще ранее. В 1735 году об этом велась речь в работе Джорджа Гадлея, а в 1835 году французский математик Г. Г. Кориолис обосновал идеи, высказанные Гадлеем, в связи с чем отклоняющее действие вращения Земли названо силой Кориолиса. Однако именно Фэррел первым применил эту теорию к ветрам и увлек ученых широкими возможностями, появляющимися в результате применения этого закона.

842. Какое важное открытие было сделано относительно ураганов? В 1860-х годах Уильям С. Рэдфилд, американский метеоролог, внесший большой вклад в организацию картографирования погоды, изучал вест-индские ураганы и штормы Атлантического побережья США. Он установил, что «циклоны составляются большими массами воздуха, быстро вращающимися против часовой стрелки».

843. Кто впервые обнаружил существование областей высокого давления? В разгар гражданской войны в Северной Америке англичанин сэр Фрэнсис Гальтон опубликовал статью, в которой сообщал: — «Я установил… существование не только циклонов, но и областей, которые я осмелился назвать антициклонами…» Теперь антициклоны, или области повышенного давления, рассматриваются как управляющий центр воздушной массы. Изучение движений областей высокого давления, по-видимому, имеет даже большее значение для современного прогнозирования погоды, чем, как раньше полагали, изучение циклонов, или областей низкого давления.

844. Какое важное открытие было сделано относительно процесса конденсации водяного пара в атмосфере? В 1880 году Джон Айткен, шотландский морской инженер, открыл очень важное явление. Он установил, что конденсация водяного пара при образовании тумана, облаков и дождя происходит в присутствии определенных микроскопических или почти микроскопических частиц, таких, как морская соль, мельчайшие пылинки и т. д. Айткен показал, что присутствие таких частиц, называемых гигроскопическими ядрами или ядрами конденсации, представляет необходимое, хотя и не достаточное, условие процесса конденсации. На этом открытии основаны некоторые современные работы по искусственному вызыванию дождя.

845. Когда был построен первый воздушный шар? Идея использовать горячий воздух или газ для создания подъемной силы высказывалась, по-видимому, очень давно. Имеются сведения, что Леонардо да Винчи наполнил тонкие восковые фигурки горячим воздухом и они поднялись вверх во время коронации папы Льва X. В 1670 и 1709 годах два европейских иезуита проводили эксперименты по созданию воздушного корабля на основе использования горячего воздуха, но безуспешно.

В 1783 году братья Монгольфье, французские цеховые мастера, изготовляющие бумагу, произвели сенсацию, построив из полотна и бумаги шар, который имел длину окружности 32 м. Шар наполнили горячим воздухом с помощью жаровни, расположенной под ним, обрезали крепление, и он поднялся на несколько сот метров, приземлившись через десять минут на расстоянии примерно 3 км.

846. Когда для наполнения шаров стал применяться водород? Описанный выше эксперимент братьев Монгольфье как бы наэлектризовал европейских ученых.

Парижская Академия поручила физику Дж. А. Чарлею провести дальнейшие исследования в области аэронавтики. Чарлей сконструировал шар диаметром 4 м и наполнил его водородом, известным тогда как «горючий воздух» и открытым незадолго до этого англичанином Кавендишем. 27 августа 1783 года шар был успешно запущен в Шам де Марсе в присутствии толпы «философов, официальных лиц, студентов и зевак». Один из присутствующих, повернувшись к убеленному сединами американскому послу Бенджамину Франклину, который был среди пораженных этим зрелищем очевидцев, спросил: «Какая польза от этого шара?», на что Франклин ему ответил вопросом: «Какая польза, сэр, от новорожденного ребенка?» И он оказался прав. Осенью этого же года люди стали успешно подниматься на больших шарах, предварительно испытав безопасность таких подъемов на животных.

847. Когда шары стали впервые использоваться для изучения погоды? В конце XVIII и начале XIX века после подъемов братьев Монгольфье и Чарлея свободный шар, или аэростат, стал очень широко использоваться и для исследования атмосферы.

В 1784 году два аэронавта произвели первые точные измерения температуры в свободной атмосфере. Вскоре после этого шары с людьми на борту стали достаточно широко использоваться для зондирования атмосферы с помощью термометра и барометра. В 1809 году Томас Фостер в Англии начал изучать направление и особенности ветра в нижних слоях атмосферы, наблюдая за небольшими шарами, которые свободно поднимались в воздухе и уносились ветром. Широкое использование шаров в настоящее время связано не с транспортировкой грузов, как предполагалось во время первых запусков, а главным образом с широкими исследованиями атмосферы до высоты 40 км.

848. Когда с помощью шаров стали поднимать самопишущие метеорологические приборы? К 1892 году самопишущие приборы, способные регистрировать изменения температуры, давления и влажности воздуха (приборы эти называются метеорографами), были усовершенствованы настолько, что ученые смогли получать данные о погоде, не поднимаясь вверх. Для подъема этих приборов в атмосферу стали широко использоваться змеи, змейковые и привязные аэростаты. Тейсеран де Бор, талантливый французский метеоролог-любитель, стал успешно применять малые шары, называемые шарами-зондами. Он запускал свои шары в различных точках Европы и со своей яхты в Южной Атлантике. А. Лоуренс Ротч, американский пионер в области исследования свободной атмосферы, широко сотрудничал с де Бором. В начале 1900-х годов они установили, что высота нижней границы стратосферы изменяется от полюса к экватору. Беспилотные шары были устроены так, что после разрыва оболочки на высотах, где давление воздуха сравнительно невелико, прибор спускался с помощью устройства, подобного парашюту (в те времена вынуждены были осуществлять подъем с помощью двух шаров. Когда один из них лопался, второй действовал как парашют.). Нашедшему прибор предлагалось за вознаграждение вернуть его владельцу.

849. Когда для зондирования атмосферы стали использовать самолет? В начале 1900-х годов метеорограф, поднимавшийся с помощью шаров и змеев, был усовершенствован. В 1917–1918 годах, во время первой мировой войны такие метеорографы начали устанавливать на самолетах для зондирования атмосферы над французскими участками фронтов. Эти аэрометеорографы были усовершенствованы и стали широко использоваться в 1920-х, 1930-х и начале 1940-х годов, и использовались до тех пор, пока не были почти полностью заменены более удобными и более эффективными радиопередающими устройствами.

850. Когда для исследований атмосферы стали применять радиопередающие приборы? Еще в 1917 году был предложен метод передачи метеорологических данных по проводам с метеорографа, установленного на змее, на землю. Но этот метод не получил признания.

В 1927 году французы Буре и Идра впервые получили радиосигнал, несущий метеорологическую информацию; он был послан радиопередатчиком, подвешенным к шару, достигшему высоты 12,8 км. Но фактически первое радиооборудование, которое поднималось шаром и посылало полные сведения о состоянии атмосферы на различных высотах, было создано в России П. А. Молчановым. Создание этого оборудования означало, что в жизнь вступил современный радиозонд — прибор, который поднимается небольшим шаром и передает сведения о температуре, давлении и влажности с различных высот вплоть до 36 км. Направление и скорость ветра ка соответствующих уровнях определяют путем прослеживания траекторий движения этих шаров с помощью радиолокационной станции.

851. Какую роль сыграла первая мировая война в развитии науки о погоде? В 1914–1918 годах союзные страны прекратили передачу данных о погоде и прогнозов погоды. В неблагоприятных условиях оказались и нейтральные страны, в том числе Норвегия, которая лишилась сведений о погоде с Запада. Тогда норвежские метеорологи стали искать новые методы прогнозирования погоды. Создалась норвежская школа метеорологов (бергенская школа), которой был разработан наиболее важный принцип изучения погоды — фронтологический анализ — и введено понятие «воздушные массы». Для описания взаимодействия воздушных масс была использована терминология, которая отражала язык войны, — фронты, вторжения и отступления. Это было оправдано, поскольку норвежские метеорологи стали рассматривать погоду как результат никогда не прекращающейся борьбы между «армиями» воздуха.

852. Кому принадлежит теория о фронтах и воздушных массах? Эта теория принадлежит группе норвежских метеорологов, которую возглавлял Якоб Бьеркнес, сын знаменитого норвежского физика Вильгельма Бьеркнеса. Бьеркнес изучил и развил идеи своих предшественников — немца Генриха Дове и сотрудника Бюро погоды Соединенных Штатов Франка Байджлоу. Он рассматривал зону умеренных широт как арену постоянной борьбы между холодными воздушными массами, вторгающимися к югу из полярных районов, и теплыми воздушными массами, распространяющимися к северу из тропиков. Бьеркнес установил, что встречающиеся и взаимодействующие воздушные массы образуют циклоны и антициклоны, которые приходят на Норвегию из Атлантического океана через сравнительно одинаковые промежутки времени. Он также выдвинул идею о наличии характерных путей движения воздушных масс и о существовании границ между воздушными массами (фронтов). Теория Бьеркнеса способствовала быстрому развитию методов краткосрочного прогноза погоды.

853. Чем характеризовалось развитие метеорологии между первой и второй мировыми войнами? Два десятилетия, прошедшие между двумя мировыми войнами, в метеорологии характеризовались переходом от двухмерного представления о процессах, происходящих в атмосфере, к трехмерным представлениям. Начиная с 1920-х годов стали быстро распространяться идеи фронтологического анализа, развитые норвежскими метеорологами. Быстрое развитие авиации в 1930-х годах дало толчок развитию новых термодинамических и гидродинамических схем и методов прогнозирования. Этому в большой мере способствовало совершенствование средств зондирования атмосферы. Исследование верхних слоев атмосферы оказалось в центре внимания метеорологов. Важный вклад в метеорологическую науку в этот период был сделан Якобом Бьеркнесом, Хальвором Солбергом, Тором Бержероном, Сверром Петтерссеном, Карлом-Густавом Россби, Хардом С. Биллетом, Джорджем Стюве и Робертом А. Миллекеном.

854. Какие основные проблемы пришлось решать метеорологам в период второй мировой войны? Военные операции большого масштаба на суше, море и в воздухе во время второй мировой войны создали необходимость значительного расширения метеорологической службы во многих странах. Бомбардировщики дальнего действия и истребители летали все выше, быстрее и дальше. Военно-морские и сухопутные силы развертывались на акваториях океанов и территориях некоторых континентов. Все это создало острую необходимость в совершенствовании методов прогнозирования. При решении широкого круга военных проблем потребовалось использовать многочисленные климатологические данные.

855. Чем ознаменовалось развитие метеорологии после второй мировой войны? Во время второй мировой войны были созданы и усовершенствованы специальные приборы для зондирования атмосферы, что позволило проводить исследование атмосферы до больших высот. Многие тайны атмосферы помогли раскрыть радиолокационные средства, большие аэростаты и ракеты. Стала быстро развиваться телетайпная метеорологическая сеть, а также факсимильная аппаратура, служащая для передачи по проводам приземных и высотных карт погоды. Новую эру в метеорологии открыло международное сотрудничество в области изучения погоды в глобальном масштабе, включая метеорологические наблюдения в Арктике и Антарктике, проводимые многими государствами.

856. Как производятся исследования погоды с помощью радаров? Недремлющий глаз радара является в настоящее время наиболее многообещающим средством изучения погоды.

Радары могут применяться для изучения многих метеорологических объектов, но основная их задача — определять местоположение и особенности приближающихся штормов и зон осадков. Радиолокационные станции являются частью общей метеорологической сети и оказывают большую помощь в прогнозировании погоды для обеспечения деятельности людей на суше, на море и в воздухе. Благодаря объединенным усилиям Бюро погоды Соединенных Штатов, вооруженных сил, университетов и промышленных групп быстрое развитие получает использование радаров для обнаружения ураганов, сильных гроз и торнадо. Кроме того, что радиолокаторы помогают обнаруживать штормы и определять пути их движения, они позволяют установить мощность облаков, а также оказывают помощь пилотам во время выполнения посадки при минимально допустимых для этого условиях погоды.[49]

Радары дают возможность прослеживать движение в свободной атмосфере шаров, служащих для измерения направления и скорости ветра на высотах.

857. Какие причины стимулировали применение радаров в метеорологии? Самой главной причиной явилась угроза вторжения ураганов в прибрежную зону восточной части Соединенных Штатов.

В настоящее время по всему побережью — от Браунсвилла, расположенного на берегу Мексиканского залива, до Портленда в штате Мэн — развернута сеть дорогостоящих метеорологических радаров. Бюро погоды, военные ведомства, гражданская оборона и промышленные группы объединяют свои усилия, чтобы создать сплошное радиолокационное поле для своевременного обнаружения ураганов. Как только ураган оказывается в поле зрения радиолокационной системы, т. е. на расстоянии около 500 км, он зажимается в радиоэлектронные клещи, что дает возможность непрерывно получать горизонтальный разрез шторма. Путем прослеживания и хронометрирования изображения шторма на индикаторе кругового обзора рассчитывают положение шторма, направление и скорость его движения.

858. Как работает радар? Радар — это сокращение слов radio detecting and ranging[50]. Радиолокационная станция состоит из нескольких систем. Передающая система посылает радиоимпульсы с помощью волновода и вращающейся антенны. Приемная система представляет собой контур, который принимает возвращающиеся эхо-сигналы и превращает их в видеоинформацию. Эта информация передается на индикаторы, с помощью которых можно увидеть изображение шторма, определить расстояние до него, изучить его поведение, вычислить его размеры. Радиолокаторы, предназначенные для наблюдения за штормами и зонами осадков, могут быть не только наземными, но устанавливаются также на кораблях и самолетах.

859. Что такое шары постоянного уровня? Во время второй мировой войны изобретательность японцев была направлена на создание беспилотных воздушных шаров, которые автоматически управлялись бы электромеханическими системами управления и могли бы в течение нескольких дней дрейфовать в воздушном потоке на каком-то одном основном уровне. Такие шары были созданы и использовались японцами для доставки из Японии в Северную Америку зажигательных бомб. Эти шары принято называть трансозондами.

860. Как трансозонды используются в метеорологических целях? Достижения японцев, описанные выше, заинтересовали ученых с точки зрения возможности их применения в метеорологических исследованиях. Исследовательскими группами военно-морского флота и военно-воздушных сил Соединенных Штатов были созданы огромные полиэтиленовые трансозонды «Скайхаук» и «Моби Дик», которые дрейфовали на большие расстояния и на больших высотах, давая сведения об особенностях воздушных течений.[51] Трансозонды способны нести нагрузку в десятки килограммов на протяжении многих тысяч километров, все время удерживаясь вблизи постоянного уровня и передавая сведения о погоде на наземные приемные станции.

861. Из каких основных частей состоит система трансозонда? В систему трансозонда входят следующие основные компоненты:

1) шар для создания подъемной силы с контрольным оборудованием, служащим для поддержания заданного уровня полета;

2) станция зондирования, состоящая из метеорологических приемников, радиопередатчика и элементов питания;

3) сеть радиопеленгационных станций для периодического определения положения шара и снятия с него метеорологической информации.

862. На какое расстояние могут летать эти шары? Трансозонды военно-морского флота Соединенных Штатов, несущие метеорологическое оборудование, дрейфуют на высоте около 9 км в среднем на расстояние 8000 км. Например, 24 апреля 1953 года шар, запущенный в Миннеаполисе, приземлился 27 апреля на побережье Северной Африки.

Исследовательские шары военно-воздушных сил запускались в Верналисе, штат Калифорния, в феврале 1955 года. Они прослеживались радиопеленгационными станциями в течение 14 дней. За это время шары покрывали расстояние, равное ³/₄ окружности земного шара.

Информация, полученная во время таких трансконтинентальных и трансокеанических полетов, очень полезна для совершенствования наших знаний об общей циркуляции атмосферы. Она также важна для развития методов долгосрочного прогнозирования погоды.

863. Какие еще шары применяются для изучения погоды? Примером шаров другого рода, использующихся в метеорологии, служат шары, выпускаемые в кругообразные циклонические вихри, например ураганы, и являющиеся мишенями, отражающими волны радиолокационных станций. Они помогают определять направление перемещения штормов.

864. Что такое автоматические метеорологические станции? Большим шагом вперед явилось создание метеорологических станций, работающих без участия человека. Они устанавливаются в ненаселенных районах земного шара. Такие автоматические станции использовались во время второй мировой войны на Тихом океане и на Алеутских островах. Метеорологические автоматические станции могут применяться на море и в воздухе.

865. Как автоматические метеорологические станции устанавливаются на море? На море автоматическая метеорологическая станция устанавливается на лодке или на буе, которые укрепляются якорями так, чтобы они были в состоянии выдержать любой шторм. Она способна передавать сведения о погоде посредством закодированных радиосигналов в течение нескольких месяцев на расстояние до 1000–1500 км. Станции измеряют температуру воды и воздуха, атмосферное давление, — направление и скорость ветра специальными приборами, установленными в специальном алюминиевом корпусе.

866. Может ли автоматическая метеорологическая станция применяться в воздухе? В воздухе можно применять парашютную автоматическую метеорологическую станцию, сбрасываемую с самолета (сбрасываемый зонд). Этот прибор может сбрасываться над недоступной для человека местностью и передавать сведения о температуре, давлении и влажности на приемную станцию, находящуюся на расстоянии нескольких километров.

867. Что такое инфракрасный гигрометр? Несколько лет тому назад в отделе приборов Бюро погоды Соединенных Штатов был разработан новый высококачественный метод определения количества водяного пара в воздухе. На его основе был создан прибор, называемый инфракрасным гигрометром. Устройство гигрометра основано на принципе измерения потока инфракрасного излучения двух волн разной длины, проходящих через слой воздуха. Одна из волн поглощается, а другая не поглощается водяным паром. Сравнение потоков инфракрасной радиации в двух диапазонах позволяет определить количество водяного пара, содержащегося в исследуемом слое атмосферы. Прибор дает возможность проводить измерения на различных расстояниях, начиная с нескольких сантиметров и кончая тысячами метров. Он дает возможность также производить измерения при очень низких температурах и низких концентрациях водяного пара, когда все другие приборы практически непригодны.

868. Что определяют с помощью метода сфериков? Грозовые разряды, связанные с грозовыми облаками и торнадо, излучают во всех направлениях импульсы электромагнитной энергии. Радиопомехи этого типа могут генерироваться также снегом и дождем. Радиоимпульсы могут быть приняты на большом расстоянии радиоприемником, работающим на той же частоте, которую имеют сигналы, излучаемые метеорологическими объектами. С помощью сети из нескольких радиопеленгационных станций, расположенных на расстоянии нескольких сотен километров друг от друга, можно узнать, как ведут себя штормы, определить положение очагов сильных гроз. Описанный метод называют методом сфериков (сокращение слова атмосферики). Он позволяет засекать грозы и получать траектории их движения на расстояниях до 3000 км.

869. Как по звездам исследуют ветер на высотах? О характере ветра на высотах можно судить по мерцанию звезд, поскольку оно обусловлено турбулентным движением объемов воздуха, имеющих различную плотность. Следовательно, эти объемы вызывают различную рефракцию света. Ученые считают, что по частоте мерцания звезд можно определить направление и скорость ветра.

870. Как проводились эксперименты по выбросу на больших высотах химических веществ? Геофизики военно-воздушных сил Соединенных Штатов предприняли ряд попыток использовать энергию, поступающую от Солнца, для исследований атмосферы с помощью фотохимического эффекта. Проведя в лабораториях исследования свечения газа при низких давлениях, ученые перенесли эксперимент в атмосферу. Они стали выпускать из ракет некоторое количество окиси азота на высоте около 100 км. Окись азота выделяет лучистую энергию и выглядит на ночном небосводе как светящееся облако. Возможно, этот эффект будет использован для создания облаков, отражающих радиоволны, в целях улучшения радиосвязи или для искусственного освещения ночью.

871. Что такое численные прогнозы погоды? Численные прогнозы погоды основаны на использовании быстродействующих электронных вычислительных машин. С целью внедрения численных прогнозов в Сютленде, штат Мэриленд, создан Объединенный центр численного прогнозирования, который объединяет усилия Бюро погоды, военно-воздушных и военно-морских сил. Поступающая в этот центр метеорологическая информация перфорируется на специальные карты. Сотни перфокарт, содержащих результаты метеорологических наблюдений на территории Северной Америки и остальной части северного полушария, включая Советский Союз и Китаи, вводятся в электронные вычислительные машины. Вычислительные машины работают по определенной программе, составленной на основе уравнений гидродинамики, и с определенной степенью точности предвычисляют будущее развитие атмосферных процессов.

872. Насколько успешны численные прогнозы? С помощью вычислительных машин получают главным образом прогностические карты потоков в свободной атмосфере, а не прогнозы погоды для какого-либо пункта. Однако последние в большой степени определяются характером поля давления и, следовательно, поля ветра на высотах. Специалисты утверждают, что численные прогнозы должны оцениваться не их настоящей оправдываемостью, а способностью к улучшению. Разработка численных прогнозов погоды является знаменательной вехой на пути современного развития метеорологии. Их возможности будут раскрываться все полнее по мере совершенствования вычислительных машин и навыков людей в управлении ими, развития математических моделей атмосферных процессов с учетом изменчивости элементов погоды и, наконец, по мере увеличения потока точных приземных и высотных данных.

873. В чем заключается искусственное воздействие на погоду? Искусственное воздействие — это изменение человеком состояния воздушной среды с целью достижения полезных результатов. К ним относится искусственное увеличение осадков, рассеивание тумана или низких облаков, попытки управлять — правда, в ограниченной степени — потоками солнечной энергии. Термин «преобразование погоды» логически следовало бы отнести к изменению состояния любых ее элементов, но, он означает, главным образом, стимулирование выпадения дождя искусственными методами. Однако не следует понимать это только как попытку увеличить количество осадков, поскольку искусственное воздействие означает, кроме того, стремление рассеять или уменьшить грозовую деятельность и зоны осадков, тумана.

874. В чем заключается теория искусственного вызывания дождя? Эксперименты по стимулированию дождя искусственными средствами основываются на том, что выпадение дождя из облака в умеренных широтах происходит тогда, когда облако кроме капель воды содержит и ледяные кристаллы. В этом случае кристаллы начинают быстро расти за счет «перекачки» влаги с поверхности капель на кристаллы, сливаются друг с другом и выпадают из облака. Когда падающие кристаллы проходят через слои теплого воздуха, они тают и превращаются в дождь.

Эксперимент по стимулированию дождя заключается в засеивании облака некоторыми веществами, которые по своему действию аналогичны ледяным кристаллам. Этими веществами являются мельчайшие частицы сухого льда, йодистого серебра, сульфата аммония, твердой двуокиси азота или метиламина. При засеивании облаков эти вещества выбрасывают из самолета или, в большинстве экспериментов, бомбардируют основания облаков химикатами из генератора, установленного на земле.

875. Когда были начаты эксперименты по искусственному вызыванию дождя? Первые попытки научного подхода к воздействию на погоду относятся к 1890-м годам, когда в Соединенных Штатах и Германии были выданы патенты на приборы, созданные для введения сухого льда в облако. Но успешному осуществлению эксперимента препятствовала ограниченность знаний об атмосферных условиях. В 1931 году голландец Вераарт, поднявшись на самолете, внес в облако частицы сухого льда. Он утверждал, что в результате опыта начал выпадать дождь. Не получив от правительства Голландии финансовой помощи, Вераарт не смог продолжать эксперименты.

На современной основе эксперименты по искусственному воздействию начали проводиться в лабораториях компании «Дженерал электрик».[52] Ими руководили Ирвинг Лэнгмюр, Винсент Шэфер и Бернард Воннегут. При этих опытах сухой лед вводили в часть облака, содержащую переохлажденные капли воды, что вызывало интенсивное образование кристаллов льда и, следовательно, выпадение дождя.

876. Насколько успешными являлись опыты по вызыванию дождя? Несмотря на то что американские метеорологи даже заключили контракты по воздействию на погоду с фермерами и промышленными компаниями, эффективность искусственного воздействия на облака в Соединенных Штатах оценивается крайне осторожно и с оговорками. Исследования показывают, что выпадающий дождь может усиливаться лишь в 9—17 % случаев при особых обстоятельствах. Сообщения об этом содержат много «если». Например, в заявлении совета Американского метеорологического общества говорится: «Выпадение ощутимого количества осадков за счет естественных или искусственных воздействии требует предварительного поступления в атмосферу большого количества влаги… По этой причине для искусственного вызывания осадков благоприятными являются те же условия, которые наблюдаются при естественном их выпадении. Это обстоятельство делает оценку эффективности засеивания облаков реагентами, стимулирующими выпадение осадков, трудной и часто неубедительной».

877. Что такое Международный геофизический год? Международный геофизический год (МГГ) представляет собой, несомненно, одно из наиболее значительных международных соглашений в истории человечества. Программа его проведения, принятая учеными 56 стран, включала наблюдение и изучение внутреннего ядра Земли, ее коры и океанов, комплексное исследование всей толщи атмосферы от земной поверхности до высоты нескольких сотен километров, а также Солнца, которое является источником жизни на нашей планете. Этот гигантский всеобъемлющий международный научный эксперимент первоначально решено было проводить с 1 июля 1957 года по 31 декабря 1958 года. В дальнейшем появилась возможность продлить его по крайней мере на десятилетие (Международное метеорологическое десятилетие).

878. Как осуществлялось руководство МГГ? Для руководства исследованиями в период МГГ был создан Специальный комитет Международного геофизического года (СКМГГ) со штаб-квартирой в Брюсселе. В каждой стране — участнице МГГ — был создан Национальный комитет, который осуществлял руководство работами в соответствии с научной программой этой страны.

879. Был ли МГГ первым международным научным сотрудничеством? Опыт международного сотрудничества по исследованию окружающей нас воздушной среды не нов. В 1882–1883 годах проводился Первый Международный полярный год, в течение которого в полярных районах были организованы широкие наблюдения метеорологических и магнитных станций, а также станций наблюдения за полярными сияниями. Последние провели очень важные наблюдения, позволившие установить распределение полярных сияний в северном полушарии. Второй Международный полярный год состоялся в 1932–1933 годах, т. е. пятьдесят лет спустя.

Проводившиеся исследования способствовали углублению знаний о свободной атмосфере и существенно продвинули вперед радиофизику. Программа МГГ значительно превосходит по размаху, интенсивности и географическому охвату прежние программы, которые ограничивались северными полярными районами.

880. Какие исследования проводились в период МГГ? Наблюдения по программе МГГ охватывают полярные сияния и свечения воздуха, космические лучи, геомагнетизм, гляциологию, гравитацию, физику ионосферы, измерение долгот и широт, метеорологию, океанографию, сейсмологию и солнечную деятельность. Планировалось проведение исследований верхней атмосферы с помощью шаров, ракет и спутников. Геофизические станции, которые привлекались для наблюдений, были разбросаны по всему земному шару, от полюса до полюса, и предназначались для того, чтобы с помощью ударных взрывных волн добраться до больших глубин земной коры, а с помощью ракет и спутников проникнуть в глубины космического пространства. Они проводят измерения морских глубин и высот океанических приливов, ведут наблюдения за многообразными космическими частицами, которые непрерывно бомбардируют Землю.

881. На какие вопросы помогли получить ответ исследования, проведенные в период МГГ? Исследования дают возможность получить ответы на тысячу и даже более вопросов.

Меняется ли климат Земли? Отступают ли ледники? Затопят ли тающие ледяные поля прибрежные участки суши? Какова действительная природа циркуляции атмосферы вокруг Земли? Откуда поступают космические лучи и какова их природа? Каково происхождение полярных сияний? Какова зависимость между пятнами на Солнце, вспышками в его хромосфере и дальней радиосвязью? Можно ли прогнозировать землетрясения?

Для того чтобы получить ответы на эти и многие другие вопросы, и были разработаны программы МГГ. Решение этих вопросов не только послужит расширению научного кругозора людей, но и найдет широкое применение во многих областях практической деятельности человека, таких, как сельское хозяйство, связь, навигация и т. д.

882. Как производится обмен данными МГГ? Польза, которую получает человечество в результате проведения таких грандиозных исследований, зависит от полноты и оперативности информации. Для того чтобы ускорить поступление метеорологических данных к потребителям, было создано три Мировых центра по сбору метеорологической информации. Один центр находится в США, другой — в Советском Союзе, а третий разделен между Западной Европой и Японией. Каждый центр получает данные от сопредельных стран и немедленно передает их в другие Мировые центры. Любая организация или любое частное лицо может запросить у Мирового центра интересующие их данные. Эти данные немедленно высылаются при условии оплаты репродуцирования материала.

883. В чем состояла начальная фаза МГГ? Первой фазой МГГ явились научные экспедиции и создание станций в Антарктиде в период 1954–1956 годов.

В 1954 году подразделения военно-морского флота Соединенных Штатов исследовали ледовые условия вблизи Антарктического континента, а в 1955–1956 годах была создана специальная группа для организации станции Литл-Америка и транспортирования различного оборудования для строительства двух передовых станций: на Южном полюсе и на Земле Мэри Берд (80° ю. ш., 120° з. д.).

Программа работы в Антарктиде позволила с самого начала составлять ежедневные карты погоды для этого огромного материка. Территория площадью в 10 млн. км², покрытая льдом и снегом, представляет собой уникальный район холода, который, как считают ученые, влияет на погоду всего земного шара.

884. Когда для исследования верхней атмосферы впервые были применены ракеты? Принцип движения с помощью прямой реакции известен очень давно. Ракета появилась на много столетий раньше паровой машины, автомобиля и аэроплана. Она всегда была средством вооруженной борьбы, начиная от древних пороховых ракет и кончая современными межконтинентальными баллистическими ракетами.[53] Для научных исследований верхних слоев атмосферы ракеты начали применять лишь после второй мировой войны, когда на армейском полигоне США Уайт-Сэндс, расположенном в штате Нью-Мексико, стали монтировать и испытывать трофейные немецкие ракеты Фау-2. Первоначальной целью испытаний было приобретение опыта, который оказался полезным при создании американских управляемых снарядов. В ходе испытаний стало ясно, что ракеты можно оснащать аппаратурой, с помощью которой можно производить исследования верхней атмосферы, и, по просьбе армейских учреждений, такие ис следования были разрешены правительственными органами. В них приняли участие и университеты.

Первая ракета Фау-2, полностью оснащенная для исследований верхней атмосферы, была запущена на полигоне Уайт-Сэндс 28 июня 1946 года до высоты 105 км. В состав оборудования, установленного на ней, входили счетчик Гейгера для измерения космических лучей, спектрограф, датчики давления и температуры, радиопередатчик для зондирования ионосферы.

885. Какие измерения можно проводить с помощью исследовательских ракет? Ракеты позволяют измерять в верхней атмосфере давление, температуру, плотность воздуха и ветер. С их помощью можно производить исследования таких важных физических явлений, как рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца, приходящая в верхнюю атмосферу корпускулярная радиация. Кроме того, ракетное зондирование атмосферы дает возможность решить и другие важные проблемы. К ним относятся вертикальное распределение озона и водяного пара, химический состав верхних слоев атмосферы, связь между полярными сияниями, ионосферными течениями, ветрами на больших высотах и флюктуациями магнитного поля Земли.

886. Как посылается информация с ракет на Землю? Результаты измерений передаются на приемный пункт по телеметрическому каналу, который представляет собой хитросплетения электронных ламп, сопротивлений, конденсаторов и трансформаторов. Телеметрические сигналы принимаются наземной станцией и регистрируются на ленте микрофильма шириной несколько сантиметров и длиной несколько десятков сантиметров. Другим методом получения информации, особенно фотографических изображений, является возвращение контейнера с приборами на парашюте.

887. Где запускаются ракеты? До начала МГГ большинство ракет, предназначенных для исследования верхней атмосферы, запускалось на различные высоты до 96—220 км из района Холомэн-Уайт-Сэндс, штат Нью-Мексико. В 1956 году были начаты запуски ракет на канадском полигоне Форт-Черчилл. Запуски ракет производятся также на военно-воздушной базе Патрик во Флориде[54].

888. С какой целью запускают метеорологические искусственные спутники Земли? Метеорологические спутники являются очень важным средством получения сведений о метеорологической обстановке над большими районами земной поверхности и даже над всем земным шаром. Они дают возможность наблюдать распределение облачности над поверхностью Земли, производить исследования радиационного баланса системы Земля — атмосфера, измерять уходящую инфракрасную радиацию в различных частях спектра, изучать состав атмосферы и вертикальное распределение температуры воздуха. Кроме того, они позволяют получить сведения о температуре поверхности Земли, а также верхней границы облачности, и, следовательно, определять ее высоту. Несомненно, круг задач, которые можно решить с помощью метеорологических искусственных спутников, с течением времени будет расширяться. Метеорологические спутники выводят на орбиты вокруг Земли начиная с 1959 года.

Первым искусственным спутником, использовавшимся в интересах метеорологии, был американский спутник «Авангард-II».

В дальнейшем было запущено десять американских метеорологических спутников типа «Тайрос», два спут-, ника серии «Нимбус» и три спутника «Эсса». В Советском Союзе выведены на орбиты метеорологические спутники «Космос-122» и «Космос-144».

889. Как метеорологические искусственные спутники Земли выводятся на орбиту? Метеорологические спутники, как и все спутники вообще, выводятся на орбиту ракетой-носителем. Ракета-носитель должна поднять спутник на определенную высоту и разогнать до определенной скорости. Метеорологические спутники обычно выводятся на орбиты, близкие к круговым, так как в этом случае не нужно вводить поправку на изменение высоты над земной поверхностью.

Для того чтобы спутник двигался по круговой орбите, он должен иметь такую скорость, при которой возникающая во время движения центробежная сила уравновешивала бы силу тяжести. Эту скорость принято называть первой космической или круговой скоростью. Величина круговой скорости определяется высотой орбиты. Например, на высоте 300 км круговая скорость равна 7,73 км/сек. С увеличением высоты круговая скорость уменьшается. Ракета-носитель обычно имеет 2–3 ступени, которые выводят спутник на орбиту по траектории, характер которой задается программой выведения. После достижения заданной скорости на высоте выведения метеорологический спутник отсоединяется от последней ступени ракеты-носителя и движется по орбите в соответствии с законами небесной механики.

890. Какие орбиты наиболее целесообразны для метеорологических спутников Земли? Наиболее важными параметрами орбит метеорологических спутников являются их высота и наклон плоскости орбиты к плоскости экватора, который принято называть наклонением орбиты.

Высота орбиты метеорологического спутника определяется, с одной стороны, возможностями аппаратуры и, с другой стороны, необходимым сроком существования спутника, который зависит от величины плотности воздуха. Например, первый советский искусственный спутник Земли, выведенный на эллиптическую орбиту, имевшую перигей — минимальное удаление орбиты от поверхности Земли — на высоте 228 км, просуществовал 92 дня. С ростом высоты орбиты плотность воздуха и, следовательно, аэродинамическое сопротивление быстро уменьшается.

Следует заметить, что увеличение высоты орбиты приводит к увеличению полосы земной поверхности, наблюдаемой метеорологическим спутником. Спутник «Космос-122» дает сведения о распределении облачности, например, в полосе около 1000 км. Если высоту орбиты метеорологического спутника увеличить до 35 730 км, он сможет одновременно обозревать Уз земной поверхности. Таким образом, для непрерывного наблюдения процессов, происходящих в атмосфере, необходимо вывести на эту высоту три спутника. Конечно, в этом случае можно будет выявить только крупномасштабные особенности атмосферных процессов.

Наклонение орбиты определяет максимальную широту полосы земной поверхности по обеим сторонам от экватора, которая будет обозреваться со спутника. Например, если орбита спутника имеет наклонение 65°, то такой спутник будет обозревать полосу земной поверхности, расположенную между 65° северной и 65° южной широты. Наиболее выгодным для метеорологических спутников является наклонение 90°. Такие орбиты принято называть полярными, поскольку они проходят через географические полюса Земли. Метеорологические спутники, движущиеся по полярным орбитам, обозревают всю поверхность Земли.

891. Какая аппаратура устанавливается на метеорологических спутниках Земли? Кроме служебной аппаратуры, в которую входит система ориентации и стабилизации спутника, программное устройство, радио- и телеметрические системы, на метеорологических спутниках устанавливаются телевизионные камеры для передачи изображений облачности на освещенной Солнцем стороне Земли и многоканальные радиометры — приборы, служащие для измерения радиационных потоков тепла. Каждый из каналов производит измерение в некотором участке спектра и, следовательно, имеет определенное назначение. Например, радиометры спутников «Тайрос» имеют пять каналов. Первый канал соответствует области спектральной чувствительности 5,7–6,9 микрон и предназначается для исследования теплового излучения в полосе поглощения водяного пара, что дает возможность определить общее содержание его в атмосфере. Второй канал соответствует спектральной полосе 8—12 микрон, которую принято называть «атмосферным окном». Тепловое излучение в этой полосе очень слабо поглощается газами, составляющими атмосферу. В связи с этим второй канал предназначен для измерения уходящего излучения и, следовательно, для получения данных о распределении облачного покрова на ночной стороне Земли, для определения температуры поверхности Земли на участках, свободных от облачности, а также для получения температуры верхней границы облаков, по которой можно оценить ее высоту. Третий канал работает в полосе 0,2–5,5 микрон и служит для измерения уходящей коротковолновой радиации и отражательной способности системы Земля — атмосфера. Четвертый канал служит для измерения суммарного длинноволнового излучения. Он работает в полосе 7,5—30 микрон. Наконец, канал 0,55—0,75 микрон служит для исследования яркости планеты в видимом участке спектра.

В радиометрах могут использоваться каналы, работающие и в других участках спектра. Перспективным оборудованием метеорологических спутников, по-видимому, являются радиолокационные установки, которые позволят определять положение зон осадков и очагов гроз.

892. Что представляет собой телевизионная информация метеорологических спутников? Система ориентации и стабилизации метеорологических искусственных спутников все время направляет оптическую ось телевизионной камеры по местной вертикали. Следовательно, пролетая над поверхностью Земли, метеорологический спутник с помощью телевизионных камер обозревает определенную полосу, находящуюся под ним. Изображение земной поверхности и покрывающих ее облачных полей в пределах угла зрения телевизионных камер разлагается на строки и записывается на магнитную ленту. Когда спутник находится в пределах радиовидимости наземного приемного пункта, он по определенной команде передает по радиолинии информацию на Землю. Эта информация записывается на магнитную ленту приемной аппаратурой наземного пункта, затем воспроизводится на видеоустройстве и фотографируется. Таким образом, метеорологи получают снимки облачных полей, покрывающих земную поверхность, которые используются в научных исследованиях для анализа и прогноза погоды.

893. Что такое система Эй-Пи-Ти (АРТ)? Описанный выше способ получения телевизионных изображений облачных полей обладает крупным недостатком. Он заключается в том, что очень часто между моментами обзора и получения снимков проходит много времени, что затрудняет оперативное использование снимков. Поэтому метеорологические спутники стали оснащать системой автоматической передачи снимков — системой Эй-Пн-Ти (APT). Система APT состоит из подсистемы, установленной на спутнике, и наземной подсистемы. Первая из них содержит телевизионную камеру и радиопередатчик, позволяющие получать в дневное время телевизионные снимки облачности, которая находится непосредственно под спутником во время передачи, производящейся автоматически в момент съемки. Наземная подсистема состоит из антенны, приемника и воспроизводящей факсимильной аппаратуры. Прием снимков может быть осуществлен, когда спутник находится в зоне радиовидимости. Система APT была установлена на метеорологических спутниках «Тайрос-8», «Нимбус-Н» и «Эсса-2». Она сможет содержать также и инфракрасную аппаратуру.

894. Как фотографические изображения облачных полей, получаемые с помощью метеорологических спутников, используются для анализа и прогноза погоды? В настоящее время на земном шаре имеются многочисленные метеорологические станции, ведущие систематические метеорологические и аэрологические наблюдения. Результаты этих наблюдений наносятся на карты погоды, которые после тщательного анализа используются как основное средство прогнозирования погоды. Однако ⁴/₅ поверхности Земли занято океанами и морями, которые покрыты очень редкой сетью метеорологических станций. Кроме того, большая часть суши представляет собой труднодоступные районы. В этих условиях метеорологические спутники являются очень ценным дополнительным средством получения метеорологической информации, оказывающей большую помощь в уточнении процессов, происходящих в атмосфере.

Фотографические изображения облачности, полученные с помощью телевизионной и инфракрасной аппаратуры спутника, должны быть привязаны к географической сетке Земли и дешифрированы. Дешифрирование снимков состоит в распознавании по характеру облачных полей различных особенностей барического поля атмосферы, а также в изучении процессов более мелкого масштаба. Успешность последнего зависит от разрешающей способности аппаратуры, которая определяется размером наименьшего облачного образования, которое еще можно выделить на снимке. Разрешающая способность телевизионной камеры системы APT, например, при высоте орбиты 1390 км составляет около 3 км. Разрешающая способность инфракрасной аппаратуры примерно на один порядок ниже. Дешифрированные снимки облачных полей помогают синоптикам уточнить положение и степень развития циклонов, атмосферных фронтов, струйных течений, положение и интенсивность тропических циклонов, а также различные характеристики внутримассовых облаков, включая грозовые облака.

895. Какими особенностями на фотографических изображениях характеризуются циклоны умеренных широт? Циклонические возмущения в атмосфере характеризуются спиралевидной облачностью, которая легко распознается на фотографиях, полученных со спутника. Вид облачной системы на фотографии зависит от стадии развития циклона. Хорошо развитые циклоны имеют облачность, которая похожа на спираль, закручивающуюся к центру вихря против часовой стрелки. К спирали облаков примыкает безоблачная спираль. Облачное поле циклона, который возник сравнительно недавно и который метеорологи называют «молодым», отличается от облачного поля развитого циклона главным образом тем, что безоблачная спираль не достигает центра циклона.

896. Какими особенностями обладают облачные образования атмосферных фронтов? Вид фронтальных облачных образований зависит от активности фронта. С активными атмосферными фронтами связаны облачные системы, имеющие вид плотных полос. Фронтальные полосы простираются в ширину на 200–300 км и сравнительно хорошо очерчены. Облачные полосы имеют большую протяженность, составляющую в некоторых случаях несколько тысяч километров. Ширина облачной полосы увеличивается, а ее края становятся расплывчатыми, когда на фронте возникает волновое возмущение, которое является начальной стадией развития циклона. С уменьшением активности фронта облачные полосы приобретают кучевообразную структуру и становятся разорванными. По инфракрасным снимкам можно, кроме положения и активности фронта, определить и мощность облачных систем. Наиболее яркие части фронтальных полос на этих снимках состоят из облаков, которые имеют большую вертикальную протяженность. Наоборот, небольшая яркость облачных полос свидетельствует о том, что верхняя граница фронтальных облаков располагается сравнительно низко.

897. Как на спутниковых фотографиях определяют положение струйных течений? Анализ телевизионных изображений облаков показал, что вдоль струйных течений располагаются характерные перистые облака. Эти облака имеют вид либо обширного облачного массива, либо длинных узких полос. Облачные поля струйных течений резко обрываются вблизи оси струйного течения. Край облачного поля сильно сглажен, прямой или обладает характерным небольшим изгибом. Такие перистые облака дают возможность установить положение струйных течений в тропосфере, что имеет особенно большое значение для зон земной поверхности, имеющих редкую сеть аэрологических станций, как, например, обширные просторы океанов.

898. Какую роль играют метеорологические спутники Земли в службе предупреждения о тропических циклонах? Тропические циклоны являются настоящим бедствием во многих районах земного шара. В связи с этим своевременное обнаружение тропических циклонов и предупреждение населения районов, через которые они должны пройти, является делом первостепенной важности. Однако обнаружить тропические циклоны на ранней стадии их развития, а также проследить процесс их оформления в хорошо развитый тропический шторм с помощью обычных синоптических методов и даже авиационной разведки часто очень трудно. Это связано с тем, что тропические циклоны возникают в приэкваториальных районах (5—20° широты) океанов, которые слабо освещены в метеорологическом отношении. Кроме того, в начальный период развития тропические циклоны занимают небольшие площади. Однако размеры их облачных систем даже в период зарождения оказываются достаточно большими для того, чтобы их можно было обнаружить на фотоснимке, полученном с метеорологического спутника. Поэтому метеорологические спутники явились важным средством обнаружения тропических циклонов и уже в течение ряда лет с успехом используются в системе предупреждения.

Хорошо развитые тропические циклоны имеют круговую зону сплошной облачности. Чем интенсивнее циклон, тем сильнее выражена круговая полосатость. Часто на спутниковых фотографиях в центре тропического циклона можно увидеть «глаз бури».

В настоящее время ученые могут не только определять по снимкам стадию развития тропических циклонов, но и оценивать максимальную скорость в области вихря с точностью до +10 м/сек.

899. Какие характеристики внутримассовой облачности можно определить на спутниковых фотографиях? На телевизионных и инфракрасных изображениях можно определить границы полей слоистых облаков или туманов, часто покрывающих большие зоны океанов, а иногда и материков. Кроме того, по очертаниям и яркости изображения облачных полей можно установить положение грозовых облаков, определить структуру облачного поля, оценить интенсивность конвективных движений в атмосфере, определить характер бризовой циркуляции, а также многие другие особенности атмосферных процессов.