Страница:Радиофронт 1930 г. №28-29.djvu/28

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


I. Структура атмосферы

Газовая атмосфера, окружающая землю, играет чрезвычайно большую роль в распространении коротких волн. Нил

слой атмосферы иооиг название «тропосферы» а простирается, примерно, на 20 км вверх от земли. Тропосфера характеризуется тем, что в ней непрерывно происходит перемешивание газов благодаря восходящим1 токам, идущим от нагретой земной поверхности. Эта часть атмосферы достаточно хорошо изучена с помощью непосредственных опытов и, в частности, посредством небольших воздушных шаров, так называемых шаров- зондов, которые поднимались до высоты в 30 км над поверхностью земли и имели на себе автоматически записывающие приборы.

У поверхности земли атмосфера состоит в основном из 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона и очень небольшой примеси других благородных газов. Кроме того, в ней присутствуют пары воды и углекислота, количество которых постоянно меняется. Этот состав, как было уже сказано, остается постоянным примерно до 20 км над поверхностью земли. Температура постепенно падает, понижаясь, примерно, на 6° Цельсия на км. Достигнув —53°С (ши 220° по шкале Кельвина, т. е. абсолютной температуры), опа остается далее постоянной. Давление газа также постепенно уменьшается о высотой, приблизительно следуя барометрической формуле, о которой мы окажем дальше. На высоте 10 км копчается зова метеорологических явлений. Пары воды задерживаются здесь уже в очень небольшом количестве.

Следующая область, которая уже в Значительной своей части совершенно недоступна непосредственному экспериментальному изучению, носит название «стратосферы». Она характеризуется прежде всего тем, что восходящие вазовые токи, обусловленные нагретой земной поверхностью, отсу’гогвуют, и поэтому здесь не происходит перемешивания газов. Это приводит к тому, что давление каждого в газов, входящего в смесь, уменьшается по мере дальнейшего увеличения высоты, независимо от присутствия остальных газов, т. е. так, как если бы только он один заполнял вое пространство. Это уменьшение давления следует барометрической формуле, согласно которой давление Р на высоте h километров может быть найдено, если известно давление Ро на той высоте, о которой мы начинаем отсчет и известна также масса грамм-молекул данного газа М и его температура в градусах шкалы Кельвина Т. Все эти величины связываются следующей формулой:

р

1,2-Mh (1)

1 гп

Массы грамм-молекул газов, входящих в состав атмосферы, имеют следующее значение:

Азот28

Кислород 32

Аргон 39,8

Водород 2

Гелий 4

Если мы предположим, что температура все время остается равной 220°К, и подставим эти цифры в барометрическую формулу, то получим следующий замечательный результат: на протяжении

40 км давление кислорода уменьшится в 1000 раз, давление азота—400 раз, аргона—в 4 500 раз, гелия—в 2Уа раза, а водорода—всего .лишь в 1,6 раза.

Таким образом, о увеличением высоты, более тяжелые газы, как, например, аргон, будут быстро исчезать ш состава атмосферы, в то время как давление гелия или водорода будет изменяться чрезвычайно мало.

Если мы возьмем разность высот в 100 кщ то та же формула даст нам уменьшение давления, например, гелия всего лишь в 8 раз, и ТО время как давление аргона должно уменьшиться уже в D/з миллиарда раз.

Можно думать, что уже на высоте 40 км над поверхностью земли общее давление всех газов не превышает 1/10оо атомсферного, что, разумеется, делает совершенно невозможным непосредственное исследование этой части атмосферы. Любопытно заметить, что если бы мы углубились под поверхность земли на 40 км, то давление, наоборот, возросло бы, примерю, в отолью же раз и газ сделался бы настолько плотным1, что пустотелый толстостенный стальной шар был бы способен играть роль дирижабля, плавая на некоторой высоте над дном такой пропасти. Таким образом, область, доступная человеку непосредственно при современных технических средствах, не превышает нескольких километров вверх и вниз от земной поверхности.

Рис. 1

Тем не менее, относительно больших высот мы можем сделать целый ряд теоретических заключений, а во многом паи помогает изучение условий прохождения коротких воли, которые являются одним из наилучших средств для исследования свойств верхних слоев атмосферы.

Прежде всего известно, что на высоте

около 50 км над землей начинается область, в которой солнечные лучи и различного рода излучения (радиации) вызывают появление значительного количества ионов (т. е. молекул газа, заряженных положительно или отрицательно) и свободных электронов. Надо иметь ввиду, что хотя давление на этой высоте очень мало и соответствует давлению ’в наших пустотных приборах, однако, количество молекул здесь еще весьма велико. В 1 куб. ом воздуха при атмосферном давлении содержится около 3.1019 молекул, находящихся в быстром беспорядочном движении. Каждая молекула движется по прямой линии в промежутке между двумя столкновениями о другими молекулами. В среднем при атмосферном давлении каждая молекула испытывает 5.109 столкновений в секунду, имея средний свободный путь немного менее 1/10о мм. По мере разрежения число молекул убывает приблизительно обратно пропорционально давлению, средний их путь во столько же раз увеличивается, а число столкновений—соответственно уменьшается. Таким образом то, что мы называем «пустотой» или очень большим «разрежением», на самом деле далеко не соответствует этому названию и даже на высоте в 200 км .над поверхностью земли, где разрежение значительно выше самой наилучшей «пустоты» в наших электронных лампах, «молекулярное население» одного кубического сантиметра больше, чем человеческое население всого земного шара.

Несомненно, что деятельность солнца • и различных излучений повышает температуру, так как энергия, затраченная на. ионизацию, в конце концов превращается в тепло. Повышение температуры в течение дня и, наоборот, понижение ее ночью, вызывают движение больших Масс газа вверх и вниз, вследствие чего можно предполагать, что, начиная о высоты 50 км, вновь происходит перемешивание газовой смеси. Поэтому теоретически нельзя установить вполне точно закон, по которому изменяется давление на больших высотах. Спорным является также относительное содержание гелия и в особенности водорода в верхних областях атмосферы. Оба эта газа в небольших количествах присутствуют у поверхности земли, но в верхних слоях их оказывается меньше, чем можно было бы ожидать теоретически. В частности, водород не обнаруживается в спектре северных сияний, соответствующих высоте в 700 км, в то время как азот присутствует здесь в количестве гораздо большем, чем это следует из теории. Многие исследователи полагают, что водород вообще отсутствует в составе верхних слоев атмосферы, уходя за пределы земного притяжения. На высоте более 700 км по всем данным атмосфера почти целиком состоит из гелия. Самая верхняя часть