V.V. Fedynskii. Meteory<< Glava 3. | Oglavlenie | Glava 5. >>
4. METEORY KAK SREDSTVO IZUChENIYa VERHNIH SLOEV ATMOSFERY
Odnoi iz pervyh rabot po izucheniyu fizicheskih svoistv verhnei atmosfery bylo issledovanie F. Lindemana i G. Dobsona (Angliya), opublikovannoe v 1923 g.
Nesmotrya na nesovershenstvo fizicheskoi teorii meteorov i vizual'nyh nablyudenii U. Denninga, ispol'zovannyh avtorami, im udalos' poluchit' pervye priblizhennye svedeniya o verhnih sloyah atmosfery, v chastnosti, ustanovit' nalichie sloev teplogo vozduha na vysotah okolo 80 km.
V osnove meteornyh metodov issledovaniya verhnih sloev atmosfery lezhat sleduyushie soobrazheniya. Velichina tormozheniya meteora budet proporcional'na plotnosti vozduha na dannoi vysote i kvadratu ego skorosti. Krome togo, tormozhenie zavisit ot massy meteornogo tela. Znaya yarkost', skorost' i tormozhenie meteora v atmosfere, mozhno opredelit' ego massu, skorost' ispareniya i plotnost' vozduha na protyazhenii vsego puti meteora.
Prinimaya molekulyarnyi sostav vozduha v meteornoi zone takim zhe, kak na urovne morya, mozhno vychislit' takzhe i temperaturu vozduha.
Po fotograficheskim nablyudeniyam meteorov polucheny sleduyushie znacheniya plotnosti (ρ), davleniya (p) i temperatury (T) atmosfery:
| N (km) | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 |
| lg ρ | -6,0 | -6,5 | -7,1 | -7,3 | -8,1 | -8,6 | -9,0 | -9,4 |
| p (mm) | 0,8 | 0,2 | 0,05 | 0,01 | 0,002 | 0,0006 | 0,0002 | 0,0001 |
| T (oC) | +80o | + 80o | +10o | -50o | -30o | -10o | 0o | +10o |
Neravnomernoe izmenenie plotnosti s vysotoi yavlyaetsya sledstviem posloinogo izmeneniya temperatury v verhnei atmosfere. Na vysote okolo 80 km temperatura stratosfery padaet priblizitel'no do -50o C. Nalichie etogo minimuma temperatury skazyvaetsya na celom ryade yavlenii, proishodyashih na etoi vysote ili takih, dlya kotoryh vysota okolo 80 km yavlyaetsya granicei. Nablyudeniya pokazyvayut, chto na vysote 80-82 km imeet mesto smena napravlenii vetrov v stratosfere. Na vysote 82-83 km poyavlyayutsya serebristye ili nochnye svetyashiesya oblaka, sostoyashie, po-vidimomu, iz ledyanyh kristallikov. Veroyatno, eti kristalliki kondensiruyutsya vokrug mikroskopicheskih chastic meteornoi pyli, kotoraya ostaetsya posle ispareniya meteorov v etoi zone i medlenno opuskaetsya vniz. Vysota 82 km yavlyaetsya nizhnei granicei polyarnyh siyanii, a takzhe nizhnei granicei ionizovannogo sloya, kotoryi imeetsya na vysote okolo 100 km i nosit nazvanie sloya E.
 |
| Ris. 14. Plotnost' vozduha (ρ)
v verhnih sloyah atmosfery. Tochki - opredeleniya po meteornym dannym, sploshnaya liniya - standartnaya krivaya plotnosti atmosfery. Po vertikali otlozheny logarifmy plotnosti. |
Nad ohlazhdennym sloem vozduha na vysote 80 km temperatura stratosfery vozrastaet, dohodya na vysote 120 km do +10œ C. Eto povyshenie temperatury v kraine razrezhennyh verhnih sloyah atmosfery svyazano s uvelicheniem srednei skorosti molekulyarnogo dvizheniya v sloyah atmosfery do 400 km vysoty. Chtoby luchshe predstavit' sebe fizicheskie usloviya, kotorye sushestvuyut v etih "teplyh" sloyah verhnei atmosfery, nuzhno prinyat' vo vnimanie, chto temperatura etih sloev vyrazhaet ne chto inoe, kak srednyuyu skorost' besporyadochnogo teplovogo dvizheniya sravnitel'no nebol'shogo kolichestva molekul i atomov. Termometr ili lyuboe drugoe telo, pomeshennoe na vysotah bolee 100 km, budet imet' inuyu temperaturu, mnogo nizhe temperatury atmosfery, v zavisimosti ot pogloshayushih svoistv ego poverhnosti i uslovii osvesheniya ego Solncem. Vliyanie teploobmena s sil'no razrezhennoi sredoi malo skazhetsya na temperature takogo tela.
Neposredstvennye izmereniya, proizvedennye v 1947 g. i pozzhe pri pomoshi avtomaticheskih priborov, pomeshennyh na raketah, podtverdili dannye o fizicheskih svoistvah verhnih sloev atmosfery, v chastnosti o povyshenii v etih sloyah temperatury vozduha, poluchennye na osnovanii nablyudenii meteorov.
Svedeniya o verhnih sloyah atmosfery, poluchennye po meteornym fotografiyam, dayut lish' obshee predstavlenie o svoistvah etih sloev dlya severnoi shiroty okolo 40o (SSSR, SShA) i ostavlyayut otkrytymi mnogie voprosy, svyazannye s fizicheskim sostoyaniem etih sloev. Kak izmenyaetsya sostoyanie verhnei atmosfery s shirotoi? Kakovy sezonnye i sutochnye izmeneniya ee svoistv na raznyh shirotah? Kak deistvuyut na zemnuyu atmosferu lunnye i solnechnye prilivy? Reshenie etih voprosov trebuet nakopleniya bol'shogo eksperimental'nogo materiala, a takzhe bolee tochnogo i detal'nogo izucheniya stroeniya verhnei atmosfery.
Naibolee perspektivnym metodom dal'neishego izucheniya verhnih sloev atmosfery yavlyaetsya radiolokaciya pri nalichii nekotoryh opornyh dannyh, poluchaemyh po meteornym fotografiyam.
Angliiskii issledovatel' meteorov T. Kaizer opublikoval v 1953 g. rabotu, v kotoroi pokazal bogatye vozmozhnosti radiolokacionnyh nablyudenii meteorov dlya izucheniya fizicheskih svoistv verhnei atmosfery. Pri pomoshi nablyudenii meteorov s radiolokatorom mozhno opredelit' zavisimost' vysot poyavleniya meteornyh sledov ot geocentricheskoi skorosti meteorov. Takaya zavisimost' pozvolyaet naiti plotnost' i davlenie atmosfery v meteornoi zone.
Srednyaya vysota meteorov (H), nablyudaemaya pri pomoshi radiolokatora, zavisit ot ih geocentricheskoi skorosti (V) sleduyushim obrazom:
| Vg | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 km/sek |
| H | 87,5 | 90,9 | 94,8 | 98,3 | 101,5 km |
Opredelennoe po etim dannym atmosfernoe davlenie okazyvaetsya ravnym 0,0007 mm rtutnogo stolba na vysote 97 km. Temperatura, vychislennaya v predpolozhenii, chto molekulyarnyi sostav atmosfery v meteornoi zone tot zhe, chto i na urovne morya, povyshaetsya ot -75œ C na vysote 88 km do -30œ C na vysote 100 km. Atmosfernaya plotnost' padaet ot 10-8 g/sm3 na vysote 87 km do 10-9 g/sm3 na vysote 101 km. Sravnenie velichin logarifma plotnosti atmosfery, poluchennyh v rezul'tate radiolokacionnogo i fotograficheskogo izucheniya meteorov, a takzhe na osnovanii neposredstvennyh izmerenii vo vremya poletov raket, dano v sleduyushei tablichke:
| Vysota | 90 | 95 | 100 km |
| a) Radiolokacionnye nablyudeniya meteorov | -8,25 | -8,6 | -9,0 |
| b) Fotograficheskie snimki meteorov | -8,1 | -8,4 | -8,6 |
| v) Raketnye dannye | -8,4 | -8,7 | -9,1 |
| Mesto nablyudeniya: | a) Dzhodrell Benk (Angliya), | φ = 53o | |
| b) Massachuzets (SShA), | φ = 42o | ||
| v) Novaya Meksika (SShA), | φ = 32o | ||
Znacheniya plotnosti vozduha, poluchennye iz nablyudenii s radiolokatorom, blizko shodyatsya s neposredstvennymi raketnymi izmereniyami. Neosporimym preimushestvom radiolokacionnogo metoda izucheniya verhnih sloev atmosfery po meteornym dannym yavlyaetsya bystrota, s kakoi oni mogut byt' polucheny, ne govorya uzhe o vozmozhnosti nablyudenii dnem i v nenastnuyu pogodu. Dlya polucheniya 200-300 nablyudenii vysoty i skorosti meteorov, neobhodimyh dlya nadezhnogo vychisleniya davlenii, trebuetsya vsego okolo 10 dnei nepreryvnoi raboty radiolokatora, v to vremya kak fotograficheskii metod trebuet znachitel'no bol'shei zatraty vremeni i truda, a zapusk stratosfernoi rakety - ves'ma slozhnoe i dorogostoyashee delo.
 |
| Ris. 15. Vozdushnye techeniya v
verhnei atmosfere v severnom polusharii Zemli (umerennyi poyas): 1 - po dnevnym sledam meteorov; 2 - po serebristym oblakam; 5 - po nochnym svetyashimsya sledam meteorov (1 i 2 - nizhe 82 km, 3 - vyshe 82 km). |
Sleduyushaya problema - opredelenie skorosti i napravleniya vozdushnyh techenii, t.e. vetrov, duyushih v stratosfere na bol'shoi vysote. Napravlenie i skorost' stratosfernyh vetrov uspeshno opredelyayutsya iz nablyudenii dreifa meteornyh sledov, kotorye podobno poplavkam unosyatsya vozdushnymi techeniyami. Iz statisticheskih dannyh o dreife sledov, sobrannyh avtorom, vidno, chto na vysotah nizhe 82-83 km preobladayut dvizheniya na vostok, a vyshe - na zapad so skorost'yu poryadka 50 m/sek (ris. 15). Analogichnye dannye byli polucheny v Ashhabade I.S. Astapovichem, kotoryi obnaruzhil eshe v 1944 g. izmenenie napravleniya vetra na vysotah bolee 80 km v techenie sutok vsled za Solncem, po napravleniyu chasovoi strelki.
Radiolokacionnye nablyudeniya dreifa meteornyh sledov byli vypolneny osen'yu 1953 g. v Dzhodrell Benk Grinhou na volne okolo 8 m. Takaya ustanovka pozvolyala poluchat' v techenie sutok svyshe 3000 prigodnyh dlya obrabotki nablyudenii radioeha. Skorost' vetra, v otlichnom soglasii s sovetskimi vizual'nymi opredeleniyami, okazalas' v osnovnom v predelah 10-50 m/sek. Byl otmechen i povorot vetra vsled za Solncem po chasovoi strelke kak s polusutochnym, tak i s sutochnym periodom, ranee otkrytyi v SSSR na osnovanii vizual'nyh nablyudenii.
Special'nymi nablyudeniyami bylo pokazano, chto s tochnost'yu do neskol'kih gradusov vetry v verhnih sloyah atmosfery duyut gorizontal'no, i vertikal'nymi tokami vozduha mozhno prenebrech'. Nablyudeniya meteornyh sledov na raznyh vysotah pokazali izmenenie napravleniya i skorosti vetra s vysotoi. Skorost' vozdushnyh techenii uvelichivaetsya priblizitel'no na 2,7 m/sek na kazhdyi kilometr pod'ema. Na vysote 75 km srednyaya skorost' stratosfernogo vetra sostavlyaet 10 m/sek, a na vysote okolo 100 km - uzhe 60 m/sek. Otmecheny takzhe znachitel'nye kolebaniya v napravlenii i intensivnosti vetra, chto govorit o slozhnom i neravnomernom techenii vozduha na bol'shih vysotah. Vse eto svidetel'stvuet o moshnoi i slozhnoi cirkulyacii zemnoi atmosfery vo vsei ee tolshe. Predstoit eshe bol'shaya rabota po izucheniyu etoi cirkulyacii meteornymi metodami vo mnogih punktah Zemli.
V nastoyashee vremya v verhnie sloi atmosfery stali posylat'sya rakety i upravlyaemye snaryady; v blizhaishie gody eti sloi stanut povsednevnoi dorogoi dlya raketnyh passazhirskih korablei. Mezhdu tem, meteory predstavlyayut izvestnuyu opasnost' dlya raketnyh korablei, ibo dazhe nebol'shie meteory-krupinki sposobny probit' obolochku raketnogo korablya ili prichinit' emu tyazhelye povrezhdeniya. Veroyatnost' vstrechi raketnogo korablya so sluchainym meteorom tem bol'she, chem men'she razmery meteornogo tela, ibo chislo malen'kih meteornyh tel vo mnogo raz prevoshodit chislo krupnyh ob'ektov.
Nizhe pokazany veroyatnaya chastota vstrechi raketnogo korablya, imeyushego ploshad' okolo 100 kv.m, s meteornymi telami razlichnoi massy i tolshina stal'noi broni, neobhodimaya dlya zashity korablya ot udara etih meteornyh tel:
| Meteornye tela, massa (g) | 1 | 0,01 | 0,0007 |
| Veroyatnyi interval v chasah mezhdu dvumya posledovatel'nymi stolknoveniyami rakety s meteornymi telami |
14 000 | 140 | 9 |
| Minimal'naya tolshina stal'noi broni dlya zashity (mm) | 10 | 3 | 1 |
Dlya zashity raketnyh korablei ot meteornyh udarov ih budut, veroyatno, pokryvat' special'noi bronei. A v dni krupnyh meteornyh potokov dlya bezopasnosti budushih raketnyh soobshenii pridetsya vremenno prekrashat' polety, kak eto teper' inogda praktikuetsya dlya samoletov pri neblagopriyatnoi meteorologicheskoi obstanovke v troposfere. Ne isklyuchena vozmozhnost' takzhe izobreteniya v budushem inyh sposobov zashity raketnyh korablei ot vstrechi s krupnymi meteornymi telami.
<< Glava 3. | Oglavlenie | Glava 5. >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Meteor - meteorit - meteoritika - meteornyi dozhd' - Meteornyi potok - Perseidy - Meteoroid - solnechnaya sistema - malye tela - Poyas Koipera - poyas asteroidov - asteroidy - asteroidnaya opasnost'
Publikacii so slovami: Meteor - meteorit - meteoritika - meteornyi dozhd' - Meteornyi potok - Perseidy - Meteoroid - solnechnaya sistema - malye tela - Poyas Koipera - poyas asteroidov - asteroidy - asteroidnaya opasnost' | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
