СОЛНЕЧНЫЕ МАШИНЫ
Раз энергия Солнца, получаемая Землей, так велика, отчего бы не использовать его лучи в качестве двигательной силы для машин? Это была бы даровая и практически неистощимая энергия.
Однако, теплоту Солнца можно с выгодой использовать только в таких странах, где небо по большей части безоблачно, иначе у нашей машины будут большие простои. Да и в жарких странах солнечное освещение далеко не постоянно в течение суток. Во-вторых, для получения от Солнца нагревания воды до такой температуры, чтобы ее пар мог приводить в движение паровую машину, нужны по большей части очень громоздкие, широко раскинутые установки.
Чтоб сосредоточить солнечные лучи на котле такой машины, употребляются системы вогнутых зеркал, углы наклона которых меняются соответственно движению Солнца по небу, — для более полного использования его лучей. И все же получается машина с очень невысоким "коэффициентом полезного действия", т. е. очень незначительная часть падающей на них энергии превращается в работу.
Тем не менее, солнечные машины работают в некоторых странах, например, в Каире (станция Шумана), в Калифорнии и др. По подсчету известного шведского физика Аррениуса, энергия от станции Шумана обходится примерно в 5 коп. за киловатт-час.[2] В Америке, на горе Вильсон, при обсерватории устроена профессором Абботом "солнечная кухня", без топлива, обслуживающая всю обсерваторию.
Ряд усовершенствований, внесенных в последнее время в конструкцию солнечных двигателей работами американских и французских ученых, нашего физика проф. Б. П. Вейнберга и других, позволяет надеяться, что полезное действие этих двигателей может быть значительно увеличено. Разве не великолепная перспектива — использовать громадные площади бесплодных жгучих пустынь для установки мощных солнечных двигателей? Учеными рассчитано, что даже 1 % солнечной энергии, приходящейся на Сахару, в 10 раз превышает мировую потребность в энергии. Дело, значит, лишь за техническими усовершенствованиями, а это не непреодолимо, Думать же о замене нашего теперешнего топлива другими источниками энергии поневоле приходится, так как, не говоря уже о дровах, даже запасы каменного угля и нефти ограничены, и трудно сказать, на сколько времени их хватит человеку, имея в виду колоссальный рост их потребления.
В плане нашей метеорологической службы имеются специально вопросы "солнечного кадастра", т. е. исследования и учета запасов солнечной энергии в нашем Союзе. Этими вопросами занимаются наши "солнечники" — Н. Н. Калитин, Б. П. Вейнберг и др. Наиболее благоприятными в отношении солнечной энергии являются те части Союза, где Солнце бывает сравнительно редко покрыто облаками, — по преимуществу наши среднеазиатские республики с их сухим и жарким климатом. Именно там проф. Вейнбергом и рядом местных работников устроены первые солнечные силовые установки.
Выдающийся интерес представляют работы К. Г. Трофимова в Ташкенте: им построены баня, прачечная, водоподъемник, опреснитель и др. установки, действующие исключительно за счет энергии Солнца; некоторые из них используются промышленностью.
ОТЧЕГО МЫ ЗАГОРАЕМ?
Всем известно, что мы загораем от Солнца, но не столь многие знают, что загар вызывается не всеми лучами, испускаемыми Солнцем, а преимущественно теми невидимыми лучами солнечного спектра, которые называются ультрафиолетовыми. Эти лучи, действуя на кожу, образуют в ней особое красящее вещество — пигмент, который в дальнейшем предохраняет клетки организма от более глубокого проникновения этих лучей: избыток их вреден. Если, не будучи привычным, подвергаться действию Солнца чрезмерно долго, можно получить очень серьезные ожоги, а иногда и более опасные расстройства здоровья. Это надо помнить всем, кто, попав летом на юг, начинает увлекаться солнечными ваннами.
Загореть и обжечься можно, впрочем, не только на юге, но и в более высоких широтах и даже на крайнем севере. Летом Солнце стоит там достаточно высоко, а прозрачность воздуха, лишенного пыли, позволяет сравнительно легко проникать солнечным лучам, в том числе и ультрафиолетовым. Мы привыкли думать, что полюс получает очень мало солнечного тепла и света в сравнении с экваториальными областями. Но "полярная ночь" и низкое стояние Солнца над горизонтом в значительной степени уравновешивается долгим "полярным днем" с незаходящим Солнцем. В среднем за год полюс, как оказывается по подсчетам, получает 41 % солнечной энергии, получаемой экватором; не так уж мало! А во время летнего солнцестояния северный полюс получает на 36 % больше солнечного тепла, чем экватор.[3] Не приходится удивляться, что там можно и загореть; это и испытывали на себе многие полярные исследователи.
СТЕКЛО ЖИЗНИ
Опасности получить ожоги от Солнца подвергаются также путешественники на высоких горах, где разреженный и чистый воздух легко пропускает солнечные лучи. Зато в комнате, при закрытых окнах, загореть невозможно: оконные стекла совершенно не пропускают как раз тех ультрафиолетовых лучей, от которых зависит загар. А так как ультрафиолетовые лучи в небольшом количестве бесспорно полезны для организма, возбуждая его жизнедеятельность, то изобретатели давно стремились найти такой состав стекла, чтоб оно пропускало эти лучи. Кварц обладает этим свойством; отсюда лечебное действие кварцевых ламп; но этот минерал слишком дорог. В последнее время немцам удалось изобрести дешевое стекло, названное "стеклом жизни"; делают его теперь и у нас. В комнате с такими окнами и даже при электрической лампочке из такого стекла можно загореть дома не хуже, чем на открытом воздухе. Врачи, однако, не советуют чрезмерно увлекаться этим стеклом, так как слишком широкое его распространение, подвергая человека очень длительному воздействию ультрафиолетовых лучей, может дать больше вреда, чем пользы.
ГДЕ ТЕПЛЕЕ: БЛИЖЕ К ЗЕМЛЕ ИЛИ К СОЛНЦУ?
Всякий скажет, что чем ближе к Солнцу, тем должно быть теплее. Конечно, если б мы могли приблизиться вплотную к Солнцу, нам стало бы не только тепло, а, пожалуй, и очень жарко, так как температура даже внешних слоев Солнца исчисляется примерно в 6000 градусов. Но если не предпринимать таких грандиозных путешествий, а оставаться в пределах нашей земной атмосферы, то окажется, что чем дальше мы удаляемся от поверхности Земли, тем становится холоднее. Это хорошо знают туристы, поднимающиеся на высокие горы, а также авиаторы, которые при полете надевают даже летом теплую одежду в расчете на холодные верхние слои воздуха.
В чем же тут дело? В том, что для Земли и ближайших к ней слоев воздуха главнейшим источником тепла служит не непосредственно само Солнце, а уже нагретая им земная поверхность, которая играет роль как бы печки. От нее ближайшие слои воздуха нагреваются путем передачи от частицы к частице — теплопроводностью— а также и от того, что теплый воздух становится легче и вытесняется вверх более холодным ("конвекция"). Большое значение имеет также "турбулентность" или беспорядочные движения воздушных частиц вверх и вниз под влиянием как различного нагревания соседних участков, так и неровностей земной поверхности. Эти движения иногда можно видеть непосредственно глазом в теплые солнечные дни, когда воздух у земли словно дрожит и струится и очертания предметов у горизонта кажутся размытыми.
Глава 3ВЫСОКИЕ СЛОИ АТМОСФЕРЫ
ЧТО ДЕЛАЕТСЯ В ВЫСОКИХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ?
Как же далеко простирается нагревание от земной поверхности? И каких температур надо ожидать в верхних слоях атмосферы?
Вопрос этот, естественно, давно интересовал ученых, и первым шагом к его разрешению были измерения температуры при полетах на воздушных шарах. Наибольшая высота на воздушном шаре была достигнута в июле 1901 г. метеорологами Берсоном и Зюрингом: 10 800 м, где они отметили температуру около минус 40°. В 1931 и 1932 г. этот рекорд был значительно превышен проф. Пикаром, а в 1933 году полетом советского стратостата "СССР" и в 1934 — стратостата "Осоавиахим 1". Эти полеты описаны дальше.
Подъем на воздушном шаре, однако, дело сложное, и поскольку человек стремится всюду, где можно, заменить себя машиной, так и здесь возникла мысль отправить в неведомые высоты прибор, который сам записал бы температуру воздуха.
Мысль о таких подъемах была высказана еще Ломоносовым в 1754 г.: он построил "маленькую машинку, которая бы вверх поднимала термометры и другие малые инструменты метеорологические".
И в протоколе заседания Академии Наук от 1 июля этого года говорится: "Ломоносов показывал изобретенную машину, которую он называет аэродромическою. В этой машине при помощи крыльев, приводимых в движение часовой пружиной, нагнетается воздух, и машина поднимается вверх, чтоб при помощи присоединенных к ней метеорологических приборов можно было исследовать состояние верхнего воздуха".
Однако, о дальнейшей судьбе этой машины и о полученных с ее помощью результатах до нас ничего не дошло.
Практическое осуществление научных подъемов на шарах, о которых дальше будет сказано подробнее, принадлежит французам — Эрмиту и Безансону (1893), но систематические исследования этим путем были произведены лишь в 1899–1902 гг. французом Тейссерен-де-Бором и немцем Ассманом. Их по справедливости и можно назвать "отцами аэрологии" — науки о верхних слоях атмосферы. Они применяли небольшие шары из бумаги или материи, наполнявшейся водородом; привязанный к ним легкий прибор записывал во все время полета температуру и давление воздуха, а затем, когда шар лопался, спускался на особом парашюте. Впоследствии стали делать шары из резины, что гораздо удобнее.
Ряд подобных подъемов в различных странах обнаружил неожиданный факт: оказалось, что температура падает лишь до высоты 10–12 км, где достигает примерно лишь 55°, а дальше, сколько ни поднимались (в отдельных случаях шары достигали высоты 36 км), температура остается почти постоянной или даже слегка повышается.