> Техника, страница 83 > Стратосфера
Стратосфера
Стратосфера, верхний слой атмосферы, начиная с 10—11 км. Исследования более высоких слоев атмосферы с помощью самопишущих приборов, поднимаемых на свободных воздушных шарах, показывают, что атмосфера м. б. разделена по распределению * темп-ры в ней на две части: 1) верхнюю, названную Тейсеран-де-Бором С., в которой падения t° не наблюдается и изотермич. поверхности (где t° одинаковые) расположены вертикально, и 2) нижнюю тропосфер у,в которой изотермич. поверхности расположены горизонтально и наибольшее изменение t° наблюдается в вертикальном направлении. Пограничная область между С. и тропосферой называется тропопаузой. В настоящее время для ряда пунктов на земной поверхности имеются результаты аэрология, поднятий до высоты ок. 20 км. Т. о. распространение тропосферы известно в достаточной степени, сведения же о С. ограничены лишь самыми низкими слоями ее, между тем свойства С. имеют огромное значение для полетов реактивных аппаратов.
Высота нижнего слоя С. над уровнем моря изменяется в зависимости от ряда условий. Прежде всего география, широта места и время года оказывают влияние на высоту тропопаузы. В таблице приведены значения высоты тропопаузы
Высота тропопаузы в зависимости от географической широты и времени года.
| Наименование пунктов |
Географич. широта | Высота тропопаузы в км | ||
| летом | зимой | |||
| Арктика. | 77° с. | ш. | 10 | |
| Кируна. | 68° » | » | 11 | 10 |
| Павловск. | 59°41 » | » | 11 | 9 |
| Свердловск. | 57° » | » | 11 | 10 |
| Кучино. | 55°45 » | » | 11 | 10 |
| Англия. | 52° » | » | 11 | 10 |
| Европа (по 4 обсерваториям). | _ | 12 | 11 | |
| Павия. | 45°П » | » | 12 | 10 |
| Канада. | 43° » | 14 | 11 | |
| США. | 40° » | » | 15 | 11 |
| Батавия. | 6° ю. | ш. | 18 | 17 |
| Виктория Нианца | 0° » | » | 18 | 18 |
для ряда областей от экватора до значительных широт, полученные в результате зондирования высоких слоев атмосферы; при этом высоты эти для летнего и зимнего полугодий представлены отдельно. Из таблицы видно, что наибольшей высоты нижний слой С. достигает в экваториальных областях и наименьшей—в полярных. Разница высот очень значительна, например над Павловском высота тропопаузы ок. 9 км в зимний сезон, тогда как для Батавии или Виктории Нианцы эта высота достигает 17—18 км. Для промежуточных областей за немногими исключениями, которые зависят от высокого или, наоборот, низкого давления воздуха, наблюдаются промежуточные значения высот, и вероятно тропопауза постепенно снижается по направлению от экватора к полюсам. Этот общий закон может претерпевать однако значительные нарушения вследствие изменчивого распределения давления в областях циклонов и антициклонов. Наблюдения, произведенные в Англии, показали, что высота тропопаузы с 12 км * снижается до 8 км при соответствующем понижении давления у земной поверхности с 1 026 до 989 миллибар (1 миллибар =0,75 миллиметров). Далее, в тропосфере воздух теплее при высоком давлении, чем при низком, а в С., наоборот, высокое давление сопровождается относительным понижением t° воздуха. Рассматривая значения t° воздуха на больших доступных высотах в области С. (ок. 20 км), легко убедиться в том, что на этих высотах наименьшая t° в экваториальных областях, а наивысшая—в полярных, то есть обратно тому, что имеет место в нижних слоях. Значения t° и давления определяют собою величину плотности воздуха (то есть веса 1 м3 воздуха в г).
В отношении барометрич. давления воздуха на различных горизонтах атмосферы и в области С. теоретич. соображения показывают, что давление с высотою падает по следующему закону: при возрастании высот в арифметич. прогрессии давления убывают в геометрической. Соответствующие вычисления приводят к следующей таблице, показывающей величину давления на различных высотах:
Высота в км. О 10 20 30 40 50 100
Давление в миллиметров. 760 217 41 9,3 1,2 0,11 0,0012
Непосредственные наблюдения над изменением давления с высотой, произведенные в Европе, дают следующие средние значения давления (в миллибарах):
Высота в км. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
давление. 1 014 794 614 470 353 262 192 140 102 75 55
Газовый состав атмосферы изменяется вместе с высотою. В то время как в области тропосферы на разных высотах мы имеем вполне одинаковое процентное содержание газового состава, к-рое отчасти объясняется вертикальным перемешиванием масс воздуха и диффузией, в более высоких слоях атмосферы, в С., состав воздуха изменяется. Подсчеты в связи с некоторыми оптич. и акустич. явлениями привели исследователей к заключению об известной слоистости в строении и составе атмосферы. В более высоких слоях атмосферы содержание водорода, обнаруживаемого вблизи земной поверхности лишь в ничтожных количествах, должно увеличиваться. По воззрениям А. Вегенера уже на высоте ок. 50 км появляется газ еще более легкий, чем водород, геокороний, содержание которого на высоте 200 км составляет более 50%. По мнению Чепмана (Chapman) в высоких слоях—выше 75 км—атмосфера азота начинает сменяться атмосферой гелия.
Темп-pa воздуха определяет распределение содержания водяных паров, т. к. нормальное количество водяных паров не м. б. выше того, к-рое насыщает воздух при данной t°. Давление насыщающих паров падает приблизительно в геометрии, прогрессии, когда t° уменьшается в арифметич. прогрессии. Отсюда следует, что содержание водяных паров по мере поднятия над земной поверхностью падает очень быстро, и в области С. имеется совершенно ни чтожное количество паров на 1 мг воздуха, а т. к. при этом здесь отсутствует обмен воздуха в вертикальном направлении, то тропопауза является верхним пределом образования облаков. В области С. наблюдаются лишь редкие виды облаков—«светящиеся» облака, причиной которых является пыль или дым, изверженные вулканами и поднятые за пределы тропосферы. Ничтожное содержание водяных паров, отсутствие угольной к-ты, незначительное количество пыли космич. происхождения, малая упругость газового состава—все эти факторы показывают, что в области С. не происходит заметного поглощения солнечной энергии. На каждый см2 поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, приходится 2 cal в мин., поэтому можно предполагать, что всякий снаряд или аппарат, попадая в область С., будет подвергаться сильному влиянию солнечного излучения. При этом необходимо иметь в виду, что спектральный состав солнечного луча в этой области отличен от того, какой наблюдается вблизи земной поверхности; здесь в состав солнечного спектра входят кроме обычных также лучи с весьма малыми длинами волн ультрафиолетовой части спектра, которые обладают особыми химическими свойствами.
Анализ наблюдений над перемещениями масс воздуха в горизонтальном направлении ветром показывает, что в верхних областях тропосферы сила ветра постепенно растет, достигая максимальных значений у нижней границы С., после чего имеет место уменьшение скорости. Это изменение вариации ветра при вступлении в С. может быть объяснено исключительно изменением характера темп-рного градиента в нижних слоях С. Вместе с возрастанием высоты градиент давления также весьма быстро падает. Наблюдений в самых высоких слоях атмосферы сравнительно мало, но они проливают свет на нек-рые замечательные обстоятельства. Оказывается, что над столбом холодного воздуха, к-рый в тропосфере характерен для низкого давления, в С. расположены слои теплого воздуха. Обратное напластование имеет место в области высокого давления. Что касается больших высот в С., то здесь происходит уравнивание t° как по горизонтальному“ так и по вертикальному направлению. Таким образом С. обладает следующими основными свойствами: падение t° с высотой в ней прекращается; обмена воздушных масс воздуха в вертикальном направлении не происходит; нижняя граница С. не повсюду находится на одинаковой высоте, но изменяется с географии, широтою места, а в одном и том же пункте высота изменяется от времени года и барич, состояния (циклон, антициклон). Облачность в С. отсутствует, абсолютная влажность весьма невысока, ветер постепенно ослабевает по мере перехода от нижней границы стратосферы к большим высотам. Давление воздуха весьма мало, газовый состав отличен от того, что имеется у земной поверхности; радиация солнца возрастает и расширяется в сторону ультрафиолетовой части спектра.
За последние годы (1931—32) осуществлены в Европе (проф. Пиккар) два полета в стратосферу (на 16 и 16,38 км) на специально сконструированных воздушных шарах, стратостатах. Наблюдатели помещались в шарообразной герметич. закрытой гондоле. Оболочка стратостата наполнялась водородом до 20% своего объёма, и аппарат имел у поверхности земли грушеобразную форму, которая при подъеме постепенно переходила в шарообразную. В 1933 г. 30 сентября осуществлен в Москве полет в С. на стратостате «СССР» советской конструкции и выстроенном из советских материалов. Стратостат достиг высоты 19 км.
Лит.: Молчанов П., Методы исследования свободной атмосферы, Л., 1926; Оболенский В., •Метеорология, М., 1927; Show Sir Napier, Manual of Meteorology, v. 2, Cambridge, 1928. В. Пришлецов.