По подсчетам ученых, астероиды диаметром более 25 метров, но менее километра нанесут урон в локальном масштабе. Любой астероид диаметром 1–2 км окажет глобальное воздействие. Самыми серьезными последствиями падения такого астероида станут мощнейшие порывы ветра и взрывные и ударные волны. Перепад давления воздуха вызовет разрывы внутренних органов у людей и животных, а взрывная волна отшвырнет тела и сравняет с землей здания и леса. Среди других чудовищных последствий будут резкое повышение температуры, летящие осколки, цунами, землетрясения, образование кратера и уничтожение прямым воздействием всего живого в окрестностях места удара. Как и иные крупные объекты в космосе, астероиды испытывают влияние силы тяжести, так что у них есть собственные орбиты. Поэтому их маршруты сравнительно легко предсказать. Каталогизация околоземных объектов – титанический труд: космос просто переполнен ими, и каждый год их оказывается все больше. Найти околоземные объекты в ряду других обломков, вращающихся в космосе – все равно что найти иголку в стоге сена, и все же астрофизики добились в этом деле немалых успехов.
Примерно раз в год какой-нибудь астероид размером с автомобиль влетает в земную атмосферу, воспламеняется из-за трения и становится ярким огненным шаром, который горит, пока не достигнет суши или воды. Примерно раз в 2000 лет до Земли долетает метеорит размером с футбольное поле, причиняя серьезный ущерб. Каждые несколько миллионов лет, по расчетам ученых, с Землей сталкивается астероид, размеров которого достаточно для опустошения целого региона или глобальных разрушений. Однако сейчас все больше экспертов считает такие оценки консервативными. Частично это объясняется тем, что на Земле больше воды, чем суши, так что вполне можно предположить, что метеориты и астероиды чаще тонут в океане, чем разбиваются о твердь. Под водным зеркалом океана может быть скрыто множество кратеров, которые со временем разрушились и видоизменились. Кроме того, многие более мелкие кратеры и углубления за тысячелетия могли зарасти, выветриться или покрыться лавой после извержений вулканов. Это одна из причин, по которым Луна кажется значительно больше изрытой кратерами, чем Земля: там отметины от ударов сохраняются миллионы лет. На самом же деле Земля привлекает больше метеороидов и астероидов, чем Луна, из-за большей силы притяжения (т. к. у Земли попросту больше масса и объем).
Как на Землю воздействует сила тяжести?
Наличие силы тяжести – непременное условие для существования жизни. Все объекты притягиваются этой силой один к другому. Без этой силы космос не был бы структурирован, и не существовало бы того, что мы сейчас называем Вселенной. Масса объекта определяет значение силы тяжести, так что наибольшая сила тяжести у Солнца – крупнейшего тела в нашей Солнечной системе: оно притягивает все планеты и другие объекты.
Сила тяжести зависит также и от расстояния: чем дальше друг от друга два тела, тем меньше притяжение между ними. Вот почему Луна оказывает значительное влияние на земные приливы и отливы. Нахождение Солнца и Луны на одной оси вызывает прилив воды на сушу и ее отлив – в зависимости от расположения всех трех небесных тел друг относительно друга. Полнолуние и новолуние подсказывают наблюдателю, что гравитационное притяжение Солнца и Луны действует в одном направлении: полная Луна полностью открыта солнечному свету, а новолуние происходит, когда Луна полностью закрыта тенью Земли. Оба эти явления связаны с тем, что Солнце и Луна вместе вызывают наибольшее гравитационное притяжение Земли. Если освещена лишь часть Луны, то она находится под углом к Солнцу, так что сила притяжения будет слабее. Когда Луна и Солнце расположены на одной оси, их силы притяжения складываются, что приводит к высоким приливам. Когда они действуют в разных направлениях, то эти силы противостоят друг другу и результирующая сила оказывается куда более слабой, вызывая менее значительные квадратурные приливы. Самые высокие приливы бывают в ночь равноденствия, когда Солнце находится прямо над экватором, а Луна и Земля расположены на одной оси. Во время же солнцестояния амплитуда прилива минимальна.
Гравитация необходима, чтобы атмосфера оставалась на своем месте. Без силы тяжести воздух просто утек бы в космос. Сила тяжести направлена вниз, и она служит неотъемлемой составляющей любого атмосферного процесса. У поверхности Земли воздух сжимается под весом верхних слоев воздуха, так что давление здесь гораздо выше, чем на больших высотах. С высотой воздух становится более разреженным, так что в какой-то момент людям становится невозможно им дышать.
Гравитации противостоят локальные силы. Когда Солнце достаточно сильное и быстро нагревает планету, воздух у поверхности разогревается, становится менее плотным и поднимается вверх. Его быстро замещает воздух с других участков рядом с поверхностью, который снова разогревается и поднимается. В этом этом районе формируется собственная погода – облака, ливневые дожди, усиление ветра, изменение температуры. Это локализованная область более низкого давления, иными словами – зона восходящего воздуха. Когда Солнце садится и воздух охлаждается, давление у поверхности нормализуется, поскольку воздух теряет энергию и опускается вниз. Изменение давления воздуха – ключевой фактор, определяющий локальные погодные условия. Как и все остальные атмосферные процессы, сила притяжения всегда присутствует, но часто подвергается какой-то нейтрализации.
Погода и технологии
Можно ли полагаться только на прогноз погоды на сайте или в мобильном приложении?
Цифровизация все более стремительна, мы все больше и больше полагаемся на смартфоны и другие гаджеты в плане необходимой информации. Узнать прогноз погоды сейчас гораздо проще, чем в 1990-е годы, когда нужно было либо ждать выпуска новостей по телевидению, либо слушать прогноз по радио, либо читать его в газете. Сейчас новости доступны 24 часа в сутки, прогнозы погоды постоянно обновляются, а когда мы путешествуем, погодные мобильные приложения предлагают прогноз для любого города мира. Однако мы регулярно получаем одну и ту же жалобу: почему прогноз в приложении или на сайте меняется буквально каждый час? Чтобы ответить на этот вопрос, надо понимать, как именно составляется прогноз.
Прежде чем предсказывать погоду на будущее, нужно хорошо понять, какова погода в мире прямо сейчас. Для этого мы проводим наблюдения за погодой на поверхности – измеряем температуру, ветер, давление, влажность и облачный покров. В атмосферу выпускаются метеозонды, которые собирают данные с ее различных слоев. Самолеты, океанические буи, корабли и спутники тоже обеспечивают метеорологов значительным количеством данных. Каждый день миллионы метеосводок собираются по всему миру и отправляются во всемирные центры прогноза погоды, например, в Метеорологическое бюро Великобритании, Европейский центр по среднесрочному прогнозированию погоды, Японское метеорологическое агентство и Национальную службу погоды США. Чтобы превратить поступившие данные наблюдений в прогнозы, ученые разработали математические уравнения и программные коды, которые помогают определить то, как воздух ведет себя и формирует погоду во всем мире. Это так называемый прогноз погоды в цифровой форме – он требует сложных физических и математических вычислений, для которых нужна большая мощность компьютеров. В каждом из уже упомянутых крупных метеорологических центров имеются свои «суперкомпьютеры», которые способны переработать обилие данных, полученных в результате наблюдений, в прогнозы, проводя септиллионы (тысячи миллиардов) вычислений в секунду. В результате получается прогноз погоды на ближайшие несколько часов или дней.
Метеорологи пользуются также различными типами погодных моделей: одни дают нам однозначный прогноз, другие – 50 различных вариантов прогноза. Ансамблевое прогнозирование основано на том, что с самого начала в модель вносятся небольшие изменения, после чего анализируются полученные на выходе результаты. Это позволяет получить представление об определенности и вероятности прогнозов. Если все 50 прогнозов оказываются похожи друг на друга, фиксируется отсутствие практических расхождений, так что мы можем быть вполне уверены в прогнозе, но если все 50 сценариев оказываются разными, то в итоговом прогнозе смело можно усомниться.
Прогнозирование погоды – сложный процесс, довольно далекий от научной точности, однако за последние тридцать лет технологии и знания шагнули так далеко, что прогноз на четыре дня в Великобритании сейчас так же точен, как прогноз на день в 80-е годы. Если же говорить о погодных мобильных приложениях, то их огромное количество, все они берут данные из разных ресурсов, а алгоритмы отображения данных заметно отличаются. Некоторые приложения выводят почасовые данные на пять дней вперед, другие предлагают суточный прогноз на 20 дней. Одни прогнозируют лишь несколько параметров погоды, другие представляют значительно более широкий спектр метеорологических данных. Одни показывают процентную вероятность осадков, другие не имеют такой функции. Одни погодные приложения контролируются специалистами-метеорологами, другие полностью опираются на компьютерные модели.
Разные погодные приложения могут показывать несколько отличающиеся данные уже на 12 часов вперед, которые к тому же словно бы меняются ежечасно. Дело в том, что алгоритмы в основе этих приложений каждый час подгружают новые данные наблюдений для уточнения прогноза, как если бы вы посмотрели в окно и заметили, что на самом деле сейчас более солнечно/влажно/сухо, чем предполагалось исходя из модели компьютерного прогнозирования. Эта новая информация может повлиять на прогноз на ближайшие 6–12 часов: алгоритмы обновляются, и символы на экране погодного приложения вашего смартфона могут измениться. В Великобритании основные модели прогнозирования запускаются каждые шесть часов, так что в этих интервалах могут наблюдаться наибольшие изменения в прогнозировании, особенно если речь о прогнозах на 2–5 дней вперед: небольшие изменения в начале работы модели могут привести к значительным изменениям на выходе.