Чем глубже в атмосферу, тем быстрее идет разрушение метеора и сильнее его свечение. На высоте ниже 130 км над Землей оно уже достаточно, чтобы сделать метеор видимым для нас.
Молекулы воздуха тоже страдают при ударах, но они прочнее молекул и атомов метеора и реже ионизуются, кроме того, они не так сильно сконцентрированы и потому дают столь слабое свечение, что линии газов, составляющих атмосферу (в основном кислорода и азота), мы в спектре метеора не замечаем.
Ниже в атмосфере воздух перед лобовой поверхностью метеора образует «шапку», состоящую из сжатых газов, в которые превращается метеор, и отчасти — из газов сжимаемого им перед собою воздуха. Струи сжатого и горячего газа обтекают метеорное тело с боков, отрывая от него новые частицы и ускоряя разрушение камешка.
Более крупные метеорные тела проникают глубоко в атмосферу, не успев целиком превратиться в газ. Для них торможение приводит к потере их космической скорости на высоте 20–25 км. Из этой «точки задержки», как ее называют, они падают уже почти отвесно, как бомбы с пикирующего самолета.
В низких слоях атмосферы обилие твердых частиц, сорванных с боков метеорного тела и отставших от него, образует за ним «дымный» черный или белый пылевой след, часто видимый при полете ярких болидов. Когда такое тело достаточно велико, то в разрежение, образующееся за ним, устремляется воздух. Это, а также сжатие и разрежение воздуха на пути большого метеорного тела вызывают звуковые волны. Поэтому полет ярких болидов сопровождается звуками, похожими иногда на выстрелы и на раскаты грома.
Как яркость, так и цвет метеоров и болидов создается не накаливающейся твердой поверхностью, которая ничтожно мала, а частицами вещества, обращенными в газ. Поэтому цвет их зависит не столько от температуры, сколько от того, какие из светлых линий в его видимом спектре являются наиболее яркими. Последнее зависит от химического состава тела и от условий его свечения, определяемых его скоростью. В общем все-таки красноватый цвет сопровождает меньшую скорость движения.
Такова в кратких чертах картина свечения метеорных тел в атмосфере, которую рисует современная наука.
Остановимся на некоторых подробностях этих явлений, изученных совсем недавно и связанных с изучением стратосферы. Например, исследование торможения метеоров проливает свет на изменения плотности воздуха с высотой. Чем больше плотность воздуха, тем сильнее, конечно, торможение, но торможение зависит и от скорости движения и от формы тела, отчего самолетам, автомобилям и даже локомотивам стремятся придать «обтекаемую форму». Тело «обтекаемой» формы лишено острых углов и рассчитано так, чтобы при быстром движении воздух обтекал его, встречая как можно меньше помех, сопротивления, и потому меньше тормозил движение.
Артиллерийские снаряды испытывают в полете огромное сопротивление воздуха. Метеорные же тела летят в воздухе со скоростью, в десятки раз превышающей скорость снаряда, и для них сопротивление воздуха еще больше. По снимку метеора, полученному однажды в Москве любителями астрономии, членами Астрономо-геодезического общества, фотокамерой с сектором, вращающимся перед объективом, для одного метеора нашли торможение (которое часто называют отрицательным ускорением) около 40 км/сек2. Это в 400 раз превосходит ускорение свободного падения тел под действием силы тяжести! И это на высоте 40 км над Землей, где воздух так разрежен, что человек там немедленно погиб бы от удушья.
Для того чтобы звук был слышен, воздух должен иметь определенную плотность. В безвоздушном пространстве звуков нет, и как колокольчик в вакууме под колпаком воздушного насоса на лекции по физике старается напрасно, так и в безвоздушном межпланетном пространстве мировые катастрофы происходят беззвучно. Грандиозный взрыв «новой звезды» или столкновения звезд (впрочем, почти невероятные) происходят так бесшумно, что, находясь вблизи от них в момент катастрофы, мы бы даже не обернулись, если бы это произошло у нас «за спиной».
Характер звуков при полете болидов говорит нам многое о плотности верхних слоев атмосферы.
Хорошую возможность изучения воздушных течений в высоких слоях атмосферы нам доставляют следы, остающиеся в небе после полета ярких метеоров и болидов; 20–80 км — вот их высота над нашими головами.
Сколько времени видны пылевые следы, зависит от условий освещения и от количества вещества, превращенного в мельчайшую взвешенную в воздухе пыль. Играют тут роль и воздушные течения, разносящие пылинки в стороны и «заметающие» след болида. В исключительных случаях след болида бывает видим в течение 5–6 часов.
Серебристые следы, видимые ночью после пролета быстрых и ярких метеоров, имеют другую природу, — они газовые и лежат всегда выше 80 км. При огромной скорости соударяющихся молекул вдоль пути метеора происходит сильная ионизация молекул воздуха, чему помогает и ультрафиолетовое излучение метеора. В образовавшемся за метеором цилиндре ионизованного воздуха медленно происходит воссоединение ионов с электронами, медленно потому, что при большой разреженности воздуха на такой высоте наэлектризованные частички далеки друг от друга и проходят длинный путь, прежде чем воссоединятся снова. Процесс их воссоединения, как всегда, сопровождается излучением линий спектра. В то же время ионизованные молекулы разлетаются в стороны, и ширина следа растет. От этого яркость следа, конечно, ослабевает, ко иные следы (видимые обычно только несколько секунд) остаются на небе среди звезд иногда даже в продолжение часа.
Непрестанная ионизация воздуха метеорами способствует поддержанию на высотах от 80 до 300–350 км над Землей ионизованных слоев. Основная причина их возникновения — ионизация воздуха солнечными световыми (ультрафиолетовыми) и корпускулярными лучами (потоками наэлектризованных частиц).
Может быть, не все знают, что именно этим слоям мы обязаны тем, что на коротких волнах можно переговариваться с любителями-коротковолновиками, живущими на Малайском Архипелаге или в Южной Африке. Радиоволны, излучаемые передатчиком и падающие на эти слои под определенным углом, благодаря его электропроводности отражаются как от зеркала. Они не уходят в мировое пространство, а, отразившись вниз, почти с полной силой принимаются где-либо очень далеко от передающей радиостанции.
Это явление отражения радиоволн связано и с длиной радиоволны. Можно изучить плотность ионов в электропроводящем атмосферном слое, меняя длину волны и определяя, когда радиопередача прекратится, т. е. когда радиоволны не отразятся, а ускользнут из земной атмосферы. Другие радионаблюдения позволяют следить за высотой слоев, которая несколько колеблется.
Как и можно было ожидать, обнаружено, что изменение числа метеоров, влетающих в атмосферу, и даже появление отдельных ярких болидов меняет силу радиоприема на коротких волнах, вызывая быстрые, кратковременные изменения электропроводности воздуха благодаря его ионизации на высотах 50-130 км. Большие возмущения в силе радиоприема далеких станций были, например, отмечены на Слуцкой обсерватории под Ленинградом в часы метеорного дождя Драконид 9 октября 1933 г.
Так радиосвязь неожиданным образом реагирует на появление бренных остатков комет, светил, казалось бы, таких безразличных для повседневных дел на нашей Земле!
Девяносто лет назад известный московский астроном В. К. Цераский случайно заметил летом необычные серебристые облака, светившиеся на ночном небе в северной его части. Это не могли быть обычные облака, плавающие не выше 8, в крайнем случае 12 км над Землей. Если б это были они, то Солнце, находящееся под горизонтом, не могло бы достать их своими лучами и заставить так ярко светиться. Это должны были быть необыкновенно высокие облака. И действительно, сравнение зарисовок их положения на фоне звезд, сделанное одновременно с двух разных мест (В. К. Цераским и А. А. Белопольским), позволило первому из них впервые доказать, что эти облака разгуливают на высоте 80–85 км. С тех пор их наблюдали не раз всегда летом и в северной части неба, вблизи горизонта, так как даже на такой большой высоте и только при этих условиях солнечные лучи могут их осветить из-под горизонта.
Эти ночные «светящиеся» или «серебристые» облака, как их называют, упорно держатся всегда на высоте 82 км. Быть может, эти облака, лежащие близ нижней границы погасания метеоров, образованы кристалликами льда, намерзшими на пылинки.
Что в воздухе на высоте 80 км, где он, казалось бы, должен быть так «чист» (вспомните чистоту воздуха хотя бы в горах!), есть пыль, это еще, казалось бы, куда ни шло. Но что бы вы подумали, если бы вам кто-либо сказал о металлической атмосфере над нашей головой!
Мы справедливо отвергли наивные представления древности о «небесной тверди», о «хрустальных небесах» над нашей головой и вдруг признаем… чуть ли не металлическое небо!
В самом деле, в 1938 г. спектроскоп в руках французских астрофизиков Кабанна, Дюфэ и Гозй с убийственным хладнокровием показал, что в спектре ночного неба постоянно есть известная желтая линия натрия и линии кальция. Кроме этих металлов, ученые надеются обнаружить в атмосфере еще алюминий и даже железо! (Кстати сказать, чтобы получить спектр света ночного неба, которое и так-то кажется почти черным, т. е. почти не испускающим света, приходится делать многочасовые экспозиции.) Металлы, найденные в атмосфере, относятся к высоте 130 км над Землей и, конечно, никакого твердого купола не образуют. Отдельные атомы названных металлов единицами насчитываются среди многочисленных молекул крайне разреженного воздуха на этой высоте. По-видимому, атомы металлов рассеиваются в атмосфере при испарении метеоров и светятся при соударении с другими частичками. В самом деле, так или иначе, а продукты испарения метеоров, т. е. по преимуществу атомы тяжелых элементов, должны не только оставаться, но и н