География для топографических кретинов - Андрей Левонович Шляхов
Но какие «нетронутые залежи энергии» содержатся в стратосфере? И что это за «нетронутый сундук сокровищ», о котором писал Беляев? Может, писатель-фантаст просто увлекся и забыл о том, что пишет не новую повесть, а статью для газеты?
Нет, не забыл, но проекты по добыче «сокровищ» стратосферы – озона, гелия и водорода, были фантастическими и остались такими навсегда, потому что проще, удобнее и дешевле было развивать химическую промышленность, чем стратосферную добычу. Такими же фантастическими были и проекты добычи солнечной энергии из стратосферы. Предполагалось, что огромные воздушные шары, называемые «стратостатами», будут поднимать в стратосферу солнечные батареи, над созданием которых тогда, в сороковые годы ХХ века, напряженно работали ученые.[22] Поднимать батареи аж в стратосферу собирались для того, чтобы уловить как можно больше солнечной энергии, не давая ей частично рассеяться в самом нижнем слое атмосферы, который называется «тропосферой».
Слои атмосферы
Высота тропосферы колеблется от 8 километров над полюсами и до 18 километров над экватором. Такая значительная разница обусловлена тремя факторами:
– большей силой притяжения на полюсах вследствие того, что наша планета представляет собой не идеальный шар, а сплюснутый у полюсов;[23]
– наличием на экваторе центробежной силы, обусловленной вращением Земли; эта сила ослабляет силу земного притяжения;
– из-за более теплых температур на экваторе, молекулы атмосферных газов обладают бо́льшей кинетической энергией и потому могут залетать на бо́льшую высоту.
Тропосфера – самый важный для всех нас слой атмосферы, ведь мы в ней живем и дышим ею. Тропосфера содержит примерно 85 % массы всей атмосферы нашей планеты и почти весь водяной пар, который в ней содержится (пар тяжелый и далеко от Земли уйти не может).
У географов тропосфера – самая любимая часть атмосферы. Иначе и быть не может, потому что именно в тропосфере формируется погода, возникают циклоны и антициклоны, образуются облака, осадки, туманы, ветры (горизонтальные перемещения атмосферного воздуха) и конвекция (вертикальные перемещения воздуха).
Температура тропосферы с увеличением высоты на километр понижается на 6 °С. Чем дальше от земной поверхности, которая интенсивно поглощает солнечные лучи и нагревается, тем холоднее воздух. В тропопаузе (так называется переходный слой от тропосферы к стратосфере) температура понижается до – 60 °С над полюсами и до – 80 °С над тропиками. Давайте вспомним, что параллели, называемые тропиками, ограничивают по обе стороны от экватора широты, в которых солнце может находиться в зените.[24]
Странно, не правда ли? Казалось, что должно быть наоборот – более низкая температура воздуха над холодными полюсами, а более высокая над жаркими тропиками. Но этот «парадокс» объясняется более высоким положением тропопаузы над тропиками. Из-за мощных потоков воздуха, которые отделяют низкую теплую полярную тропопаузу от холодной высокой тропической, разница температур выражена столь резко.
Кстати, в тропопаузе температура воздуха перестает понижаться с увеличением высоты, потому что на таких высотах (от 9 до 17 километров) воздух от земной поверхности не нагревается. Далее, в стратосфере, температура воздуха с увеличением высоты начинает возрастать и возрастать и на верхней границе ее доходит до + 60 °С. Здесь уже играет роль не близость к земной поверхности, а толщина слоя воздуха, через который приходится проходить солнечным лучам. Чем тоньше слой, тем меньше лучей рассеивается и, следовательно, тем выше будет температура.
Выше стратосферы находится ионосфера, веьма разреженный слой атмосферы, который состоит из ионизированных газов, то есть из таких газов, нейтральные атомы или молекулы которых, отдав или присоединив электроны, превратились в заряженные частицы – ионы.
Из-за высокого содержания свободных электронов ионосфера способна отражать короткие радиоволны. Благодаря этому свойству ионосферы на нашей планете возможна дальняя радиосвязь. В результате многократного отражения от ионосферы и земной поверхности радиоволны распространяются на любые расстояния, несмотря на кривизну земной поверхности. Без этого отражения радиоволны рано или поздно «упирались» бы в землю или в воду и связь была бы возможна только на близком расстоянии.
В 1901 году по проекту известного изобретателя Николы Теслы на атлантическом побережье США, близ Нью-Йорка началось строительство башни, предназначавшейся для трансатлантической радиосвязи, а также для беспроводной передачи электроэнергии. Передача электроэнергии – это отдельная тема, а вот с радиосвязью вышел казус.
Башня Николы Теслы, если говорить предельно просто, была задумана как мощный передатчик электромагнитных волн. По всему миру Тесла планировал построить тридцать таких башен, которые образовывали бы единую приемо-передающую сеть. Только такие башни, по мнению Теслы, могли обеспечить передачу волн на большие расстояния. Главным спонсором проекта был мультимиллионер Джон Пирпонт Морган Первый, которому позарез была нужна надежная трансатлантическая радиосвязь.
Пятидесятисемиметровая башня, получившая имя Ворденклиф в честь банкира Джеймса Вордена, который приобрел землю для ее строительства, влетела в тугую копеечку, но причиной краха проекта Теслы стала не высокая его стоимость, а радиопередатчик, сконструированный итальянским инженером Гульельмо Маркони. Маркони не знал о ионосфере, которая была открыта благодаря его опытам, но считал дальнюю радиосвязь возможной без суперпередатчиков и суперприемников, потому что был уверен в способности радиоволн проходить через землю, воду и другие препятствия. Получился научный парадокс – важное открытие было сделано благодаря ошибочным взглядам. А вот Никола Тесла, мысливший в правильном направлении, такого открытия совершить не смог.
Разумеется, недорогая радиоаппаратура Маркони, которой можно было пользоваться сразу и где угодно, оказалась более привлекательной, чем многомиллионный проект строительства тридцати башен. В 1917 году башня Ворденклиф была демонтирована.
Первая трансатлантическая радиопередача Маркони состоялась в 1901 году. «Так быть не должно, но тем не менее, это удалось сделать, – подумали ученые. – Почему?». Уже в следующем году британец Оливер Хевисайд предположил существование ионосферы, а в двадцатые годы ХХ века другой британец, Эдвард Эплтон, доказал это.
Напрашивается вопрос – с чего бы это атомам и молекулам, составляющим верхний слой атмосферы, переходить из нейтрального состояния в заряженное? «Это «ж-ж-ж» неспроста», как говорил Винни-Пух. Что побуждает их отдавать и принимать атомы?
Виновато во всем космическое излучение – протоны[25] с добавлением атомных ядер и
