Очерки о Вселенной - Борис Александрович Воронцов-Вельяминов
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Известную долю неточности их стрельбы обусловила невозможность рассчитать точно условия полета снаряда на большой высоте. Ни плотность, ни состав, ни движение воздуха на этой высоте не были тогда известны; атмосфера на этих высотах не была еще изучена. Действительно, даже стратостаты, поднимавшие впоследствии людей с научными приборами, достигли высоты всего лишь около 22 км, а воздушные шары с самопишущими приборами без людей поднимались до 30 км. Ракеты, поднимающиеся на высоты более 100 км, стали пускать только после второй мировой войны.
О более высоких слоях воздуха раньше можно было составить представление лишь путем изучения происходящих там явлений, и метеоры, ежедневно пронизывающие их, все еще доставляют один из лучших косвенных методов такого рода. Лишь совсем недавно на вооружение ученых поступило такое мощное средство всестороннего исследования верхних слоев атмосферы, как искусственные спутники Земли. Вот почему усиленное изучение метеоров было важным пунктом программы проведения Международного геофизического года (1957–1958 гг.).
Метеоры являются невольными разведчиками стратосферы, и наша задача — научиться их опрашивать. Вот к чему приводят результаты такого опроса, начатого всего лишь лет тридцать назад.
Метеорные тела вторгаются в атмосферу со скоростью, примерно в сотню раз большей скорости ружейной пули в начале ее пути. Как известно, кинетическая энергия, т. е. энергия движения тела, равна половине произведения квадрата его скорости на его массу. Вся эта энергия метеора идет на излучение тепла и света, на раздробление тела на молекулы, на разрушение молекул тела и воздуха на атомы и на ионизацию этих атомов.
Молекулы и атомы твердого тела, и метеора в том числе, часто расположены в некотором определенном порядке, образуя так называемую кристаллическую решетку. С чудовищной скоростью метеор врезается в воздух, и молекулы, из которых состоит воздух, с силой втискиваются в молекулярную решетку метеорного тела. Чем дальше влетает метеор в земную атмосферу, тем плотнее там воздух и тем больше и больше молекулярная решетка метеорного тела подвергается ожесточенной бомбардировке молекулами воздуха.
Лобовая часть метеора в конце концов получает ливень таких ударов, при которых молекулы воздуха вонзаются в метеор, проникают внутрь него, как снаряд в железобетонный дот. Этот «обстрел» передней поверхности нарушает связи между молекулами и атомами тела, ломает кристаллические решетки и вырывает из них отдельные молекулы вещества метеора, накапливающиеся уже в беспорядке на его лобовой поверхности. Часть молекул расщепляется на атомы, из которых они состоят. Некоторые атомы от ударов даже теряют входящие в их состав электроны, т. е. ионизуются, приобретая электрический заряд. Отколотые электроны, время от времени скользя слишком близко к ионам, захватываются ими на «вакантные места» и при этом, в соответствии с законами физики, излучают свет. Каждый атом излучает свои длины волн, отчего спектр метеора и есть ярко-линейчатый спектр, характерный для свечения разреженных газов.
Чем глубже в атмосферу, тем быстрее идет разрушение метеора и сильнее его свечение. На высоте ниже 130 км над Землей оно уже достаточно, чтобы сделать метеор видимым для нас.
Молекулы воздуха тоже страдают при ударах, но они прочнее молекул и атомов метеора и реже ионизуются, кроме того, они не так сильно сконцентрированы и потому дают столь слабое свечение, что линии газов, составляющих атмосферу (в основном кислорода и азота), мы в спектре метеора не замечаем.
Ниже в атмосфере воздух перед лобовой поверхностью метеора образует «шапку», состоящую из сжатых газов, в которые превращается метеор, и отчасти — из газов сжимаемого им перед собою воздуха. Струи сжатого и горячего газа обтекают метеорное тело с боков, отрывая от него новые частицы и ускоряя разрушение камешка.
Более крупные метеорные тела проникают глубоко в атмосферу, не успев целиком превратиться в газ. Для них торможение приводит к потере их космической скорости на высоте 20–25 км. Из этой «точки задержки», как ее называют, они падают уже почти отвесно, как бомбы с пикирующего самолета.
В низких слоях атмосферы обилие твердых частиц, сорванных с боков метеорного тела и отставших от него, образует за ним «дымный» черный или белый пылевой след, часто видимый при полете ярких болидов. Когда такое тело достаточно велико, то в разрежение, образующееся за ним, устремляется воздух. Это, а также сжатие и разрежение воздуха на пути большого метеорного тела вызывают звуковые волны. Поэтому полет ярких болидов сопровождается звуками, похожими иногда на выстрелы и на раскаты грома.
Как яркость, так и цвет метеоров и болидов создается не накаливающейся твердой поверхностью, которая ничтожно мала, а частицами вещества, обращенными в газ. Поэтому цвет их зависит не столько от температуры, сколько от того, какие из светлых линий в его видимом спектре являются наиболее яркими. Последнее зависит от химического состава тела и от условий его свечения, определяемых его скоростью. В общем все-таки красноватый цвет сопровождает меньшую скорость движения.
Такова в кратких чертах картина свечения метеорных тел в атмосфере, которую рисует современная наука.
Остановимся на некоторых подробностях этих явлений, изученных совсем недавно и связанных с изучением стратосферы. Например, исследование торможения метеоров проливает свет на изменения плотности воздуха с высотой. Чем больше плотность воздуха, тем сильнее, конечно, торможение, но торможение зависит и от скорости движения и от формы тела, отчего самолетам, автомобилям и даже локомотивам стремятся придать «обтекаемую форму». Тело «обтекаемой» формы лишено острых углов и рассчитано так, чтобы при быстром движении воздух обтекал его, встречая как можно меньше помех, сопротивления, и потому меньше тормозил движение.
Артиллерийские снаряды испытывают в полете огромное сопротивление воздуха. Метеорные же тела летят в воздухе со скоростью, в десятки раз превышающей скорость снаряда, и для них сопротивление воздуха еще больше. По снимку метеора, полученному однажды в Москве любителями астрономии, членами Астрономо-геодезического общества, фотокамерой с сектором, вращающимся перед объективом, для одного метеора нашли торможение (которое часто называют отрицательным ускорением) около 40 км/сек2. Это в 400 раз превосходит ускорение свободного падения тел под действием силы тяжести! И это на высоте 40 км над Землей, где воздух так разрежен, что человек там немедленно погиб бы от удушья.
Для того чтобы звук был слышен, воздух должен иметь определенную плотность. В безвоздушном пространстве звуков нет, и как колокольчик в вакууме под колпаком воздушного насоса на лекции по физике старается напрасно, так и в безвоздушном межпланетном пространстве мировые катастрофы происходят беззвучно. Грандиозный взрыв «новой звезды» или столкновения звезд (впрочем, почти невероятные) происходят так бесшумно, что, находясь вблизи от них
