Взламывая планету Земля

Для изучения атмосферы на большой высоте необходимо было понять, как запустить удаленные устройства в воздух. Подобное делали океанографы, использующие приборы измерения глубины и регистрации глубоководных условий. Сначала «аэрологи», изучающие атмосферу, запускали воздушных змеев с метеорографами, чтобы измерить температуру и атмосферное давление. Змей был привязан к земле, поэтому при приземлении можно было извлечь данные из прибора. Но запустить его на серьезную высоту — дело не из легких.

Радиозонд

Для метеорологов метеозонды до сих пор являются дешевым и эффективным инструментом. Сегодня они оснащены радиозондом (на иллюстрации образец 1936 года), устройством, питающимся от аккумулятора, которое в режиме реального времени передает на Землю по радио все собранные данные. Наряду с температурой, атмосферным давлением и высотой, радиозонды определяют химический состав ветра и воздуха. Дропзонд — похожее устройство, его кидают с самолета, и он работает, пока летит к земле.

В 1892 году французы Гюстав Эрмит и Жорж Безансон разработали беспилотную систему аэростатов, которая решила проблему высоты. Они использовали бумажные водородные шары, способные поднять около 10 кг на высоту более 10 км. Позже они заменили бумажные шары на резиновые, которые расширялись при подъеме и достигали больших высот. Но шары могли взорваться, если разница между давлением газа внутри и разреженным воздухом снаружи становилась слишком существенной. Как тогда добраться до собранных данных? В качестве решения к метеорографам прикрепили парашюты, и они возвращались на землю в целости и сохранности.

Скопление шаров в небе

В 1896 году французский метеоролог Леон Филипп Тейсеран де Бор начал проводить эксперименты c водородными шарами-зондами, поднятыми на уровень облаков и в верхние слои атмосферы. Он обнаружил, что с набором высоты температура воздуха стабильно падает, но на высоте 11 000 м она выравнивается и остается постоянной несмотря на то, что давление продолжает падать (возможно, он просто не мог поднять шары на достаточную высоту, чтобы выявить дальнейшие изменения температуры). Примерно за 5 лет Тейсеран де Бор запустил в небо более 200 шаров, часто он делал это ночью, чтобы избежать последствий солнечного излучения. Наконец, он убедился в правильности своего открытия — атмосфера состоит из двух слоев. Он назвал нижний слой тропосферой, название указывает на постоянно меняющиеся условия: все погодные явления и процессы образуются в этом слое. Следующий слой — стратосфера — назван так в связи с образующими его слоями с постоянной температурой. Сегодня мы знаем, что над ними существует еще три слоя.

Жар Земли

В древности Землю считали источником холода. Доказательство? Земная твердь холодна на ощупь. Однако было больше доказательств обратного: извержения вулканов и горячие источники указывали на то, что Земля внутри горячая. Но откуда взялся этот жар?

Джордж Дарвин, сын Чарлза, одним из первых предположил, что Земля подогревается изнутри за счет радиоактивного распада.

В 1862 году Уильям Томсон, сегодня больше известный как Лорд Кельвин, решил последовать примеру графа де Бюффона. Будучи авторитетом в области термодинамики — именно он вычислил абсолютный ноль, — Кельвин рассчитал, сколько времени понадобится шарику расплавленной породы, чтобы остыть до состояния твердой поверхности и средней температуры Земли. Он получил цифру в 400 млн лет, которую ученые моментально сочли противоречивой. Геологи, следующие принципу актуализма («настоящее — ключ к прошлому»), изучали формирование горных пород из слоев и частиц, покрывающих поверхность Земли. Одно было очевидно — это был медленный процесс и 400 млн лет для нашей планеты было просто недостаточно, чтобы горные породы успели сформироваться, обрести изгибы и разрушиться. Биологи их поддержали. Животному миру требовалось гораздо больше времени на эволюцию видов путем естественного отбора (новая горячая тема), чтобы разнообразить жизнь на планете. Возмущение противников выводами выдающегося физика росло. Все говорило о неверности его предположений.

Медленное охлаждение, или дополнительное тепло