В период Международного геофизического года, продолженного еще на один год и названного годом Международного геофизического сотрудничества (МГС), расширились представления в области метеорологии и была значительно развита прежняя классическая схема состояния и строения атмосферы. В частности, стало известно, что атмосфера — нечто большее, чем простая смесь кислорода, азота, инертных газов и водяного пара. В ней, кроме того, в изобилии встречаются различные атомы и атомные ядра, которые постоянно вторгаются в атмосферу из космоса, взаимодействуют с ней и либо достигают земной поверхности, либо снова возвращаются в космическое пространство. Если несколько десятилетий тому назад атмосферу считали резко отграниченной от космоса, то результаты ракетных измерений заставляют рассматривать ее скорее в качестве сложного связующего звена между твердой поверхностью земного шара и космическим пространством. Еще неизвестно, как далеко простирается атмосфера в космос. Однако бесспорно, что воздушная оболочка Земли проникает и в область солнечной материи, причем обе они непрерывно взаимодействуют между собой. Доказательством взаимодействия являются, например, тесная связь между солнечной активностью и полярными сияниями, колебания земного магнитного поля, имеющие характер магнитных возмущений и бурь, различные изменения в ионосфере и другие явления, происходящие в воздушном океане. Новейшие измерения вблизи верхней границы атмосферы показали, что, кроме солнечной радиации, в земную атмосферу проникает жесткое рентгеновское излучение и корпускулярный поток. Советские геофизики установили большую роль потоков энергии в атмосферных процессах. Благодаря успехам Советского-Союза в области исследований с помощью спутников скоро осуществится давняя мечта геофизиков и метеорологов о создании аппарата, непрерывно вращающегося вблизи верхней границы атмосферы и измеряющего энергетический баланс, а также баланс вещества. Не исключено, что и прогноз погоды будет строиться на совершенно новых основах.
Мы видим, таким образом, как одни научные открытия последовательно вытекают из других. Имевшиеся ранее данные об атмосфере помогли созданию искусственных спутников Земли и даже искусственных планет солнечной системы. Спутники же в свою очередь открывают для метеорологии новые возможности исследований, которые позволят получить новые сведения об атмосфере.
Воздух можно взвесить
Пожалуй, не существует такой квартиры, в которой не имелось бы комнатного барометра (анероида). Слегка постучав по стеклу прибора, следят за движением стрелки и определяют, возрастает или падает атмосферное давление.
Атмосферное давление и характер его изменения являются непременной основой прогноза погоды. Барометр измеряет давление столба атмосферы, имеющего основание 1 см2 и простирающегося от уровня установки барометра до верхней границы атмосферы. Это является для нас привычным. Но потребовался длинный ряд исследований, прежде чем стало понятно, что воздух имеет вес. Вернемся мысленно к тому времени, когда человек впервые заставил природу ответить на вопрос, можно ли рассматривать воздух в качестве некоторого физического тела.
Нашими знаниями о сущности атмосферного давления мы обязаны двум исследователям, которым удалось независимо друг от друга измерить это давление: итальянцу Эванджелиста Торричелли (1608–1647 гг.) и немцу Отто фон Герике (1602–1682 гг.).
Сейчас невозможно сказать, какие причины побудили Герике заняться поисками «пустоты», т. е. созданием сильно разреженного пространства. Своими опытами с воздушным насосом Герике установил, что «существует ничто, т. е. вакуум, из которого исходит какая-то мощная сила». Герике действительно удалось создать пустоту[6].
Однако его противники по-прежнему считали, что пустоты не существует.
Спор этот был разрешен с изобретением барометра. Герике пристроил к стене своего дома высокую трубу, нижний конец которой был погружен в сосуд с водой. Верхний ее конец находился на уровне второго этажа дома. К этому концу трубы Герике присоединил свой насос. После каждого движения поршня вода в трубе поднималась все выше. Следовательно, вместо вакуума в трубе оказался столб воды, который в конце концов поднялся до верхнего конца трубы. Это несколько смутило Герике. Почему не удалось создать вакуум? Может быть, труба была слишком короткой? Тогда Герике надставил трубу так, что длина ее достигла приблизительно 12 м — конец ее находился на уровне третьего этажа. Снова был пущен в ход насос, и опять вода в трубе начала подниматься. Но она достигла лишь некоторого уровня и выше не поднималась, несмотря на энергичную работу насоса. Герике нашел объяснение этому неожиданному явлению. Воду в трубу втягивает не какое-то таинственное вещество, а вес воздуха, который давит на жидкость в нижнем сосуде. Столб воды в трубе поднимается, пока его вес не уравновесит вес столба воздуха. Верхний конец столба воды располагался между третьим и четвертым этажом дома Герике. А над водой в трубе была пустота. Так было доказано, что не природа боится пустоты, а атмосферное давление является причиной того, что все «пустые» пространства заполняются воздухом.