о существовать и даже совершать переходы без искусственного дыхания кислородом, при условии предварительной тренировки. А ведь давление там — примерно 260 мм, почти втрое меньше нормального! Значительно ниже этих головокружительных высот, но все же на весьма почтенной высоте около 5200 м (всего на 400 м ниже вершины нашего Эльбруса), там же на Эвересте постоянно живет отшельник-индус и, по-видимому, чувствует себя хорошо, хотя давление не превышает 400 мм.
Если же каким-нибудь образом выкачать внутренний воздух из полых предметов, внешнее давление, сразу проявит себя. В учебниках физики описывается знаменитый опыт с "Магдебургскими полушариями", которые, когда из них выкачали воздух, так плотно прижались друг к другу под действием атмосферного давления, что их не могли разнять 16 лошадей. А вот любопытный пример из другой области. На побережьи океана в С. Америке часто проносятся бури колоссальной силы, так называемые "торнадо". Давление при этих бурях падает иногда в короткий срок до 700 мм и даже ниже. Оказывается, что давление внутри зданий при таких резких падениях, наружного давления не успевает следовать за последним; разности давления могут получиться настолько большие, что дом как бы взрывается изнутри!
Рис. 1.Ниагарский водопад, замерзший во время сильных морозов в феврале 1926 г.
Рис. 2. Дом во Флоренции, где работал Галилей.
Рис. 3.Наружный вид дома Галилея во Флоренции.
ГДЕ ГРАНИЦА АТМОСФЕРЫ?
По мере поднятия над Землей давление и плотность воздуха уменьшаются; при этом давление убывает не пропорционально высоте, а гораздо быстрее. Если бы вся атмосфера имела температуру 0°, то у земли было бы давление 760 мм, на высоте 18,4 км — 76 мм, на высоте 36,8 км — 7,6 мм, на высоте 55,2 км — 0,76 мм и т. д. Так как в верхних слоях температура ниже 0°, то в действительности давление убывает еще быстрее, и на 40 км составляет уже около 1 мм, а на высоте 500 км — около 0,001 мм. Это величины уже исчезающие малые, и практически атмосфера для нас не существует выше 10–15 км. Определенную границу между такими "следами" воздуха и безвоздушным пространством провести вряд ли можно: переход совершается постепенно уловить его нельзя. Можно решить другую задачу: как высоко простиралась бы атмосфера, если бы плотность воздуха была всюду одинакова, а не менялась бы с высотой? Это определить не трудно. Мы знаем, что столб воздуха, простирающийся до самых пределов атмосферы, весит 10 500 кг при основании в 1 кв. м. С другой стороны, известно, что 1 куб. м сухого воздуха весит 1,29 кг. Стало быть, такая "однородная атмосфера" простиралась бы на высоту во столько раз большую 1 м, во сколько раз 10500 больше 1,29. Расчет дает 8140, т. е. искомая высота равна приблизительно 8 км. Таким образом, уже вершина Эвереста лежала бы за пределами однородной атмосферы.
БАРОМЕТР И ПОГОДА
Даже из образованных людей многие убеждены, что барометр "показывает погоду", настоящую или будущую. В этом заблуждении поддерживает публику обыкновение мастеров, изготовляющих барометры-анероиды, писать на их циферблате: "ясно", "переменно", "дождь", "буря" и т. п. Барометры-анероиды основаны на том, что металлическая коробка, из которой выкачан воздух, немного сплющивается под влиянием внешнего атмосферного давления, и эти изменения коробки передаются при посредстве рычагов стрелке, движущейся по циферблату. Циферблат обычно разделен на деления, отвечающие миллиметрам ртутного столба (в старых приборах — на дюймы). Анероид, даже выверенный и точный, должен постоянно сравниваться с ртутным барометром, так как показывает, строго говоря, лишь изменения давления, а не абсолютную его величину. Правда, в хороших и правильно установленных анероидах ошибка сравнительно невелика. В публике же чаще всего распространены дешевые анероиды, установленные без сравнения с ртутным барометром и, конечно, не принимая в расчет высоты того места, для которого предназначен анероид. Публика этим, впрочем, не интересуется. Она смотрит прежде всего на надписи, которыми украшен циферблат, и когда стрелка стоит на "великой суши", а моросит дождь, или если стрелка показывает "дождь" в солнечную погоду, владелец барометра бранит и его и метеорологов. Виноват между тем он сам, потому что не потрудился узнать, что не только анероид, — который прежде всего может быть неправильно установлен, — а и самый совершенный ртутный барометр вовсе не обязан предсказывать погоду.
Рис. 4.Шквал с дождем.
Барометр показывает давление воздуха, а оно зависит от высоты места. В одну и ту же погоду барометр на вершине горы будет стоять на "великом дожде", в то время как внизу он покажет "ясно". Давление, низкое для Ленинграда, будет высоким для Москвы, лежащей выше. Но допустим, что мы учли это, введя поправку на высоту, или, как говорят, "приведя давление к уровню моря". (Это делается при помощи особых таблиц, а для высот, близких к поверхности земли, до 900—1000 м, можно грубо принять, что разность давлений в 1 мм отвечает разности высот в 11 м). Все же, как увидим дальше, погода вообще зависит не столько от давления, сколько от его изменений, а кроме того еще от целого ряда многообразных условий. Правда, до известной степени можно сказать, что при продолжительном высоком стоянии барометра обычно бывает ясная и тихая погода, при резком же падении — надо ждать дождя и сильного ветра. Но это имеет значение лишь относительное, и сердиться на барометр, когда он "врет", нет никаких оснований.
Глава 2СОЛНЦЕ И СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ
ЧТО ДАЕТ НАМ СОЛНЦЕ?
Вся энергия, которой мы пользуемся на Земле, берется от Солнца. На первый взгляд, это не совсем понятно. Ведь зимой в средних и, тем более, высоких широтах Солнце почти не греет, однако мы обходимся без помощи солнечной теплоты и жжем в печах дрова или уголь. Кроме того мы применяем энергию мощных паровых и электрических двигателей, пользуемся силой воды, иногда силой ветра, и даже не вспоминаем о Солнце!
Рассуждая так, забывают, что наши паровые и электрические двигатели работают не сами собой, а требуют топлива. Их топят дровами или углем. Но дрова — это деревья из лесу, а дерево не растет без достаточного тепла и света, даваемого ему Солнцем. Вся ткань дерева — это словно вместилище накопленной солнечной энергии. Уголь же не что иное, как остатки первобытных лесов, произраставших много миллионов лет тому назад, — то есть опять-таки накопленная солнечная энергия.
А водяные двигатели? Тут как будто Солнце не причем: колеса вертит вода. Откуда, однако, берется вода и как она накопляется? Если бы на Земле не было дождей и снега, все реки давно иссякли бы, а дождь и снег образуются из влаги, поднятой с Земли Солнцем.
Точно так же и ветер возникает от того, что различные части земной поверхности нагреваются неравномерно и тем дают начало движениям воздуха. Итак, вся энергия на Земле происходит от Солнца. Наша мускульная и умственная энергия, в конечном счете, зависит тоже от Солнца: без пищи человек существовать не может, а пища его — та же солнечная энергия, скопленная в клетках животных или растений.
Рис. 5.Один из типов солнечной машины. Изображенный вверху человек дает возможность судить о размерах зеркала, концентрирующего солнечные лучи.
Сколько же тепла дает нам непосредственно само Солнце? В одну секунду Солнце излучает кругом себя такое количество тепла, которое может растопить слой льда в виде столба диаметром в 4 км и протяжением от Земли до Солнца, т. е. 150 миллионов км! А если выразить в свечах силу солнечного света, то получится 1275 с 24 нулями! Из всего этого громадного количества тепла и света Земля получает менее миллиардной части. Но и этого вполне достаточно для поддержания жизни на Земле.
Значительная часть солнечных лучей задерживается атмосферой, — тем больше, чем большую толщу воздуха им приходится проходить, т. е. чем ближе Солнце к горизонту. У границ атмосферы каждый кв. см поверхности, перпендикулярной к направлению солнечных лучей, получает за 1 минуту около 2 мал. калорий (калория — количество тепла, которое нагревает 1 г воды на 1° Ц); на поверхности Земли кв. см получает в среднем около 1,3 мал. калории[1]. Когда Солнце в зените, атмосфера поглощает около 30 % его излучения, когда оно у горизонта — около 75 %. И все таки Земля за сутки получает больше тепла, чем дает все топливо, сжигаемое человечеством за 1000 лет! Часть земного шара, занятая сушей, получает от Солнца менее чем в год энергию, равную запасу ее в каменном угле всего земного шара.
ПОГАСНЕТ ЛИ СОЛНЦЕ?
Вопрос этот, конечно, имеет для нас очень серьезное значение. Положим, "на наш век хватит", но человеку сознательному свойственно задумываться о будущем Земли и человечества далеко за пределами нашей ограниченной жизни. В самом деле, не может же Солнце "безнаказанно" излучать в пространство такие колоссальные количества энергии! Откуда они берутся, как восполняются и на сколько времени их может хватить?
Нельзя сказать, чтоб эти вопросы были в полной мере разрешены, но все же астрономы дают на них пока довольно утешительные ответы. С исторических времен нет никаких указаний на то, чтобы солнечная энергия уменьшилась. Как пополняются ее запасы — это иное дело. Если принять гипотезу о том, что теплота Солнца пополняется путем его постепенного сжатия, то оказывается, что запасов теплоты хватило бы не более чем на 15 миллионов лет, — а между тем, согласно исследованиям геологов, даже Земля много старше. Приходится поэтому думать, что энергия Солнца поддерживается иным образом, вернее всего — процессами внутриатомного превращения элементов, а как именно — это пока еще является загадкой.
По мнению астрономов, Солнце имеет шансы дожить до возраста в несколько сотен биллионов лет, если только какая-нибудь звезда не налетит на него случайно и не уничтожит его вместе со всей планетной системой; но такие столкновения крайне маловероятны, хотя теоретически и возможны.