Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

Популярную литературу обошло утверждение, что появление водоворота обусловлено вращением Земли. Но тогда он должен вести себя, как циклон, и вращаться в Северном полушарии против часовой стрелки, а в Южном по часовой. Водоворот, который всегда вращался в «циклоническую» сторону, наблюдали сотрудники полярной станции, дрейфовавшей на льдине в Арктике. Весной им приходилось регулярно сверлить дырку в своей льдине, чтобы слить воду, мешавшую садиться самолетам на их ледовый аэродром. Стекаясь в одну точку с большой площади, вода создавала мощный, ревущий водоворот. это зрелище было развлечением всех сотрудников станции. Другое дело на экваторе. Его можно отнести как к Северному, так и к Южному полушарию. Водоворот доложен здесь вращаться одновременно и против, и по часовой стрелке. Единственный способ, каким можно выйти из этого положения, — это не вращаться вообще. Ведь известно, что мощные атмосферные вихри не возникают в узкой полосе широт по обе стороны от экватора! Выходит, по той же самой причине на экваторе не должен возникать водоворот. Однако в умывальниках и ваннах Экваториальной Африки вода закручивается в стоке не хуже, чем на средних широтах. Это говорит о том, что вращение Земли в данном случае ни при чем.

По–видимому, дело здесь в том, что с самого начала вода случайно оказывается чуть–чуть закрученной и что отверстие в дне сосуда не строго симметрично. Когда в опытах использовали очень симметричный сосуд и давали воде в нем как следует отстояться (успокоиться), прежде чем ее начинали спускать, водоворот не появлялся. Заметим, кстати, что циклоны так же несимметричны. Всем известны фотографии циклонов, сделанные сверху — с борта спутника или со специальных укрепленных самолетов метеослужбы. На них видны облачные рукава циклона, которые делают его похожим на спиральную галактику. Не вполне ясно, обладает ли такой структурой антициклон. Его фотографии не так выразительны, как изображения циклонов: осадки в нем редки, поэтому антициклон прозрачен и труднее различим.

Вообще физически ясно, что вращение Земли должны «ощущать» лишь те вихри, в которых движение вещества в горизонтальной плоскости довольно медленное. Иначе, двигаясь к центру или от центра вихря, вещество просто «не успевает заметить», что Земля вращается, и направление вращения вихря будет определяться конкретными условиями в самом вихре. Что это за условия, мы пока не знаем. Недаром в своих популярных статьях известный советский специалист по физике элементарных частиц Я. А. Смородинский замечает, что частицы появляются и исчезают, подобно вихрям на воде. «Но кто знает, откуда берутся вихри?» — спрашивает он.

По–видимому, именно неизученность внутренних свойств вихря приводит к тому, что метеорологи знают, может ли в данной ситуации появиться циклон, но не знают, появится ли он. Так, лишь 10 процентов образовавшихся в тропиках областей пониженного давления развиваются в ураганы, остальные бесследно исчезают. Какие именно из них разовьются, предсказать пока нельзя.

Поэтому людям приходится сейчас рассчитывать только на службу предупреждения, которая оповещает о приближении уже сложившихся вихрей. Выгоды, которые она приносит, давая прогнозы для авиации, водного транспорта, сельского хозяйства, промышленности, несомненно велики, хотя и не всегда поддаются точному учету. Но самое главное, на ее счету тысячи и тысячи спасенных человеческих жизней.

Наблюдения из космоса помогают службе оповещения практически со времени появления первых спутников. Еще в 1962 году благодаря спутнику «Тайрос‑3» было вовремя обнаружено зарождение урагана «Карла». 500 тысяч человек удалось заблаговременно эвакуировать из угрожаемых районов, и число жертв оказалось гораздо меньшим, чем могло бы быть. Как говорят метеорологи, погода не знает границ, и это заставляет ее исследователей всячески стремиться к международному сотрудничеству. Достижение на этому пути — создание телевизионной системы автоматической передачи изображений. Она дает возможность каждой стране с помощью довольно несложного оборудования получать телеснимки со спутников независимо от их государственной принадлежности, что сильно облегчает работу метеорологов. По всему миру действуют сейчас многие сотни тысяч таких станций.

В последнее время выяснилось, что наблюдение за самим космосом также имеет прямое отношение к предсказанию погоды. Уже говорилось, что между разреженной плазмой магнитосферы и нейтральной атмосферой Земли находится проводящий слой — ионосфера. За ней ведутся наблюдения с помощью радиолокатора. Подобно тому как аэродромный радиолокатор «видит» самолет благодаря различию электропроводящих свойств металла и воздуха, локатор, следящий за ионосферой, отмечает всякое различие в количестве заряженных частиц, от которого зависит электрическое сопротивление ионосферы. Мы узнаем таким образом о неоднородности ионосферы. Сейчас, когда ученые добились известной ясности в понимании процессов на космических высотах, стало возможно отличать один тип неоднородностей от другого. Так, выделились неоднородности, связанные с распространением внутренних волн в атмосфере. В течение последних лет ведется сопоставление характеристик ионосферы с погодными аномалиями у поверхности Земли (с сильными штормами, ураганами, торнадо, грозами). Оказалось, предвестником появления неподалеку таких аномалий являются внутренние волны с периодами от 3 до 25 минут на ионосферных высотах. С практической точки зрения важнее всего то, что источник волн, предвещающий ураган, располагается в том месте, куда этот ураган придет через 3–4 часа. Наблюдая за космосом, можно, таким образом, предсказать, куда пойдет ураган.

Заметим, что традиционные наблюдения из космоса за ураганом дают лишь его положение непосредственно в тот момент, когда ведется наблюдение. Правда, как только ураган обнаружен, за ним устанавливают непрерывное наблюдение. По спутниковым фотографиям метеоролог может нанести на карту траекторию, по которой прошел ураган. Потом, продолжая ее естественно и плавно, он может судить о том, куда будет двигаться ураган. Но все же прогноз дальнейшего пути движения урагана этими методами — дело сложное, хлопотливое и при всей своей трудоемкости далеко не всегда успешное. И если приход в данное место урагана хоть как–то предсказывается ими, то появление смерча–торнадо застает всех врасплох. Новый метод слежения за ионосферой позволяет предсказывать и смерч за 2–4 часа.

Таким образом, по состоянию ионосферы можно судить о будущих изменениях в плотной нижней атмосфере. Исследователи, обнаружившие это, предполагают, что движения приземных слоев воздуха в том месте, куда придет вскоре атмосферный вихрь, заставляют колебаться атмосферу. Эти колебания, передаваясь в верхние слои атмосферы, раскачиваются (вспомним блюдо с желе: стоит тронуть тяжелое основание, как легкая масса наверху ответит размашистыми колебаниями). Они–то и влияют на состояние ионосферы.

Еще одна подробность об ураганах и смерчах стала известна людям лишь в последние годы. Метеоролог Фудзита открыл неизвестное раньше атмосферное явление. Он назвал его нисходящим взрывом. Это внезапно возникающий стремительный поток воздуха, который движется вниз, к Земле, со скоростью 80–100 километров в час, скорость его в горизонтальном направлении 30–100 километров в час. Продолжительность этого явления составляет в среднем 15 минут, горизонтальные размеры потока всего несколько километров. Такой взрыв бывает причиной авиационных катастроф. Это явление происходит как само по себе, так и в сочетании с торнадо, ураганом или грозой. Примерно половина всех торнадо связана с нисходящим атмосферным взрывом. Оказалось, что капризность торнадо, его прыжки и извивы объясняются воздействием атмосферных взрывов. Иногда атмосферный взрыв может даже погасить торнадо.

В последние годы атмосферу изучают во всей ее толще. Оказывается, несмотря на колоссальную разницу в плотности между ее более высокими и низкими слоями, она во многих отношениях ведет себя как единое целое вплоть до высоты 100 километров. Многие крупные образования в ней развиваются практически одновременно на всех уровнях. Один и тот же циклон, например, может прослеживаться и в стратосфере (слое воздуха между 8–16 и 45–55 километрами) и значительно выше — до 100 километров. Ось его может быть наклонена, но остается единой для всех уровней.

Вот, преодолевая земное притяжение, ракета уходит ввысь. Из нее с ревом вырываются огненные потоки газа. Постепенно ракета превращается в яркую точку. Там, высоко над нами, пламя по–прежнему рвется из нее.