05Ляпунов

Конструктору майбутніх літаків, які за годину пролетять тисячу, дві, три, десять тисяч кілометрів, потрібно знати, що зустріне його корабель в незвіданих висотах стратосфери.

Через атмосферу проходить початкова частина шляху в космос. Чи не подолавши панцира атмосфери, не можна вирватися в світовий простір. Тому знання її властивостей необхідно і творцям космічних кораблів.

Зробити це допоможуть вченим і конструкторам ракети, що піднімають прилади на висоту в сотні кілометрів.

... Схоже, що тут працює експедиція астрономів, які готуються спостерігати сонячне затемнення. Телескоп спрямований в небо. Перед окуляром телескопа - кінокамера. Хто сидить в кріслі спостерігач дивиться в другій телескоп. І вся ця установка, підкоряючись керуючому нею оператору, повертається, нишпорячи по небу.

А може бути, це фізики спостерігають за подорожжю радіохвиль в атмосфері? Адже поруч - радіолокаційна станція, і на екрані локатора помітні відбиті сигнали. Можливо, що вчені стежать за польотом метеорів.

Можна подумати й інше: не стараються тут радіотехніки зловити сигнали з якою-небудь невідомої планети? На приймальній станції прилади ведуть запис якихось таємничих сигналів. Коли проявлять кіноплівку, побачать серію нерівних смужок з звивинами і зазублинами, що йдуть одна за одною. Це чиїсь радіоголосу, спіймані і записані на плівку. Радіосигнали несуться до нас від Сонця і з глибин всесвіту. Чи не їх чи слухають тут астрономи?

Але ні, не заради Сонця, зірок або метеорів спрямовані в небо телескопи і радіолокатори.

Оператор у телескопа тримає в полі зору снаряд, що мчить в стратосферу зі швидкістю близько двох кілометрів в секунду. За ним стежить і локатор. Поруч приймальна станція веде запис радіосигналів з ракети.

Коли розшифрують записи, вони розкажуть про космічних променях, про тиск і температуру повітря, про поведінку ракети і її двигунів. Так люди, не піднімаючись з землі, дізнаються всі подробиці польоту на сотні кілометрів вгору.

Гаряче дихання Сонця гріє повітря. На висоті близько шістдесяти кілометрів приблизно сімдесят градусів тепла. Через двадцять кілометрів - знову мороз в півсотню градусів. Тут плавають сріблясті хмари, можливо складаються з крижаних кристалів. А потім знову теплий пояс, і чим вище, тим він стає спекотніше. Як показали вимірювання, зроблені за допомогою ракет, на висоті ста двадцяти кілометрів температура досягає ста градусів тепла.

Підтвердилося і те, що було відомо за непрямими даними про тиск повітря на великих висотах. Манометри показали падіння тиску в міру підйому: п'ятдесят кілометрів - п'ять десятих міліметра ртутного стовпа, сімдесят п'ять кілометрів - п'ять сотих, дев'яносто кілометрів - п'ять тисячних.

Вже давно відомо, що над нами царство вічного холоду. Сонце гріє Землю, Земля - ​​повітря. Але земна поверхня - не так сильна грубка, щоб прогріти на всю товщину газове вбрання нашої планети. Досвід льотчиків, альпіністів, стратонавтів, метеорологів показує: чим вище, тим холодніше. Кожен кілометр підйому дає зниження температури на шість градусів. На висоті десяти з невеликим кілометрів мороз сягає шістдесяти градусів. Тут ми вступаємо в стратосферу. Далі температура не падає. Думали, що так буде і вище, поки десь, де зникають останні сліди повітря, не наступить холод світового простору.

Вперше засумніватися в цьому змусили спостереження за звуками вибухів. В першу світову війну були випадки, коли канонаду чули на відстані до семисот кілометрів і в той же час її не чули де-небудь поблизу від місця стрілянини. Такими ж дивними явищами супроводжувалися випадкові вибухи порохових складів або виверження вулканів.

Чому виникають подібні «зони мовчання»?

Відомо, що звук поширюється в усі сторони. Чим далі від місця вибуху, тим він чути слабкіше, поки, нарешті, чутність жевріє зовсім - звукова хвиля начебто завмирає. Раз звук на далекій відстані з'являється знову, значить шлях хвилі, що йде вгору, викривляється і вона знову повертається на Землю.

Остаточно це явище ще не розгадано, але саме воно наштовхнуло на думку про теплі шарах в стратосфері. Вчені припустили, що там є шар теплого повітря, менш щільного, ніж холодний. Потрапляючи в стратосферу, звук заломлюється так само, як світло, що переходить з більш щільною середовища - води - в менш щільну - повітря.

Все ж тепло в стратосфері здавалося неймовірним, і припущення вирішили перевірити. Але як це зробити, якщо найбільш потужний засіб розвідки великих висот - куля-зонд піднімається всього на сорок кілометрів?

На допомогу прийшла ракета. Вона допомогла розгадати таємницю великих висот.

Тепло на великих висотах не вигадка. Підтвердилося багато про що раніше говорили спостереження за звуком і сутінками, метеорами і сріблястими хмарами. Спочатку температура знижується плавно і неухильно, поки не перестає відчуватися теплий подих Землі. Потім настає холодний пояс, починається стратосфера, і температура тримається приблизно постійною - в середньому п'ятдесят шість градусів нижче нуля.

Спостереження за польотом ракети.

Але після тридцяти кілометрів з'являється перший теплий пояс. Тут розташований озоновий шар, утворений і нагрівається Сонцем.

Озон той же кисень, але тільки в його молекулі не два кисневих атома, а три. Свіжість в повітрі після грози - це запах озону, народженого електричними розрядами - блискавкою. У високих шарах атмосфери невидимі ультрафіолетові сонячні промені дроблять молекули кисню на атоми, які знову з'єднуються, але вже не попарно, а по три. Утворюється озон. Частина його знову розпадається на атоми, з них виходять молекули кисню. Сонце ж знову робить з кисню озон. Тому озоновий шар зберігається в атмосфері постійно.

Озону в атмосфері дуже мало. Якщо зібрати весь атмосферний озон в один шар на поверхні землі, то його товщина вийшла б за все три міліметри. Незважаючи на це, він служить чудовою газової бронею, що захищає все живе - рослини, тварин, людини - від згубних променів. До Землі доходить лише та їх частина, яка не шкідлива для нас. Зникни озоновий шар - і Земля через кілька хвилин звернулася б на випалену пустелю.

Проявлена ​​плівка. На знімку - сонячні спектри, зняті фотоапаратом з ракети на різних висотах. Чим вище був зроблений знімок, тим довше ультрафіолетова смуга. У самій Землі спектр як би «обрізаний». У цьому винен озоновий шар: він затримує частину ультрафіолетових променів - найбільш енергійних, найбільш небезпечних для життя на Землі.

З чого складається повітря на великих висотах? Різні гази, важкі і легкі, складають атмосферу. Чи не природно думати, що вони шикуються по рангу: важкі - ближче до Землі, легкі - далі від неї. Атмосфера шаруватих - так вважали один час.

Проби, взяті при підйомах стратостатів і куль-зондів, похитнули таку думку. З величезною обережністю доставляли на землю дорогоцінні кубічні сантиметри повітря стратосфери. Аналіз говорив одне і те ж: склад повітря всюди майже однаковий - кисень, азот, рідкісні гази.

А що робиться вище сорока кілометрів, який повітря там? Найпростіше - привезти пробу звідти. Але на чому?

Допомогла знову ракета, яка піднялася на недосяжні раніше висоти.

Вже давно знали про те, що Сонце, джерело життя, посилає в простір і ультрафіолетові промені, що можуть погубити життя.

Сонячний промінь, в якому не тільки видиме світло, але і невидиме ультрафіолетове випромінювання, прийшов до нас зі світового простору. Яким же він був там, до подорожі крізь атмосферу, можна дізнатися, тільки піднявшись високо вгору.

І про це принесли вести з великих висот прилади, підняті на ракеті.

Але не тільки Сонце посилає свої промені на Землю.

Увага людини давно вже привернули таємничі промені з космосу. Їх назвали космічними. Мисливці за ними побували глибоко в землі і високо над нею. Кулі-зонди піднімали прилади, а радіо і автоматика допомагали стежити за їх показаннями під час польотів в стратосферу.

Багато що вже вдалося дізнатися про променях, що йдуть до нас з глибини всесвіту. Але, як і сонячні, ці промені доходять до нас крізь атмосферу. У ній терплять вони різні перетворення, так що маємо ми справу в кінці кінців з нащадками «справжніх» космічних променів. Щоб дізнатися про справжніх космічних променях, прилади треба підняти ще вище, не на десяток-другий, а на сотню і більше кілометрів.

І лічильник космічних частинок здійснив подорож на ракеті туди, де щільність повітря в мільйон разів менше, ніж у Землі куди не заберуться ні стратостата, ні кулі-зонди.

Щільність повітря в мільйон разів менше, ніж у поверхні Землі! Але ж і про це ми до недавнього часу знали лише з розрахунків та спостережень, які нам давала природа: метеори, що згоряють в повітряної броні планети, полярні сяйва, сутінковий світло, сріблясті хмари, плаваючі дуже високо над землею.

Помічено, що спалахи на Сонці, за півтораста мільйонів кілометрів від нас, відображаються на стані атмосфери Землі, на погоді. Але механізм таких впливів ще не ясний. Вкрай важливо було б розкрити і цю загадку.

Ракети, піднімаючи прилади туди, де сонячні промені зустрічаються з повітряною оболонкою Землі, допомагають дізнатися істину і надалі дадуть можливість удосконалювати методи прогнозів погоди.

Хіба не цікаво для географа подивитися, як виглядає наша планета з величезної висоти? У нас є чудові знімки Місяця з висоти всього декількох сотень кілометрів. Телескоп наблизив місячну поверхню, і на фотографіях так чітко видно всі подробиці рельєфу, як якщо б ми спостерігали його з вікна ракети. Стратостата привозили нам фото Землі з висоти двох десятків кілометрів. На цих знімках Земля пласка, і треба піднятися набагато вище, щоб зайвий раз переконатися в тому, що наша планета - куля, що ми жителі земної кулі. Знімків же нашої планети «з боку» не було до останнього часу. Ракети привезли такі цікаві знімки земної поверхні, знятої фотоапаратом з висоти близько двохсот кілометрів. Крізь вуаль атмосфери видно Земля, як на великомасштабної рельєфній карті. І ясно, що перед нами шматочок поверхні кулі.

Так з появою ракети - нового розвідника великих висот - почався новий етап у вивченні і підкорення повітряної стихії.

Звичайно, це все ще тільки початок. Труднощі створення літаючої лабораторії надзвичайно великі.

Плавно піднімається вгору повітряна куля. Стратонавти можуть регулювати швидкість підйому, змусити стратостаті зупинитися, щоб зробити спостереження. На «стелі», в найвищій точці підйому, вони знаходяться навіть не короткі хвилини, а годину, півтори, два. За цей час багато чого можна встигнути зробити.

Складніше вести спостереження з ракети, яка мчить швидше снаряда далекобійної гармати, все прискорюючи політ, поки працюють двигуни. Приладів потрібно в лічені хвилини польоту «встигнути» за стрімким бігом стратосферної ракети. Манометри і термометри повинні миттєво відгукуватися на зміну умов польоту. Всякий же вимірювальний прилад має інерцію, і його свідчення можуть відставати, коли обстановка швидко змінюється.

Доводиться обходити ці труднощі. Замість однієї величини, яку важко прямо виміряти, вимірюють іншу, пов'язану з нею математичною залежністю. Так, наприклад, відомо, що швидкість звуку залежить від температури середовища. І замість того щоб вимірювати температуру, можна дізнатися, як змінюється швидкість звуку при польоті ракети на різних висотах. Знаючи це, неважко обчислити і температуру.

Намагаються зменшити інерцію приладів, створюючи для них ще більш гострі «органи чуття» - приймачі вимірюваних величин. Так, є речовини, що реагують - і до того ж практично миттєво - на зміни температури в тисячні частки градуса. Ними вже можна користуватися при польотах хоча б і в п'ять-сім разів швидше звуку - з такими швидкостями літають зараз ракети.

Доводиться враховувати і те, що трапляється в польоті з самої ракетою

Вона нагрівається від тертя об повітря, а це впливає на термометр, встановлений зовні. На великій швидкості виникають повітряні ущільнення. Вони можуть відбитися на показаннях манометра, приймач якого обтекается надзвуковим потоком. Ракета обертається в польоті, коливається, а приймач сонячних променів повинен бути звернений весь час до Сонця. Автоматичний пристрій з фотоелементом - «шукач Сонця» - допомагає постійно ловити сонячні промені. Іноді прилади для дослідження випромінювань або автоматичні фотоапарати поміщають в камеру, яка викидається з ракети на «стелі» і окремо на парашуті спускається на Землю.

Нечисленні все-таки і короткі поки підйоми ракет в стратосферу і вище, в ще більш розріджені повітряні шари - іоносферу. Але чим далі, тим вище і частіше будуть підніматися ракети. Вже на чотириста кілометрів піднімалися вони, вже не один, а десятки польотів здійснили ракети, хоча кожен політ - дороге і складне справа.

Можна думати, що з часом метеорологи стануть регулярно зондувати атмосферу ракетами, систематично вивчаючи найвищі області повітряного океану. Це розширить наші знання про «кухні погоди». Людина буде не тільки спостерігачем, а й господарем повітряної стихії, повелителем грізних сил природи.