В это непросто поверить, но современной науке труднее изучать верхние слои атмосферы Земли, чем, например, космическое пространство. Основная проблема в том, что спутники там летать не могут, а обычные самолеты не заберутся туда при всем желании. Эти районы настолько плохо изучены, что имеют в соответствующих кругах весьма говорящее название – «игноросфера».
К счастью, ученые отличаются завидной изобретательностью. За последние годы они придумали немало хитроумных трюков, позволяющих заглянуть в интересующую их зону – от радарного облучения метеоритных хвостов до «световой левитации».
Игноросфера, если мы уже согласились использовать этот обобщающий термин, включает в себя мезосферу и нижнюю часть термосферы – то есть область, которую в англоязычной среде принято также именовать «ближним космосом» («near space»).
Она находится на высоте от 60 до 110 километров над поверхностью Земли. Здесь наблюдаются странные, не очень пока понятные феномены, вроде тонких облаков, светящихся по ночам, и оранжевой дымки, окружающей планету. Считается, что понимание местных процессов позволит решать важные задачи практического плана, в том числе связанные с противодействием потеплению климата.
Одним из основных средств изучения игноросферы являются метеорологические (зондирующие) ракеты. Они находятся там недолго, всего несколько минут, собирают с помощью тех или иных приборов релевантные данные, после чего спускаются на поверхность планеты. Благодаря этим снарядам ученым удалось измерить концентрацию пыли и льда в игноросфере. Тот факт, что в этой области есть кристаллы замерзшей воды, на самом деле удивителен, так как из-за чрезвычайной разреженности воздуха там в сто миллионов раз суше, чем в Сахаре. Этот метод также способен показать, как лед и пыль взаимодействуют друг с другом, и как на них влияет излучение Солнца.
Однако у метеорологических ракет есть серьезный недостаток – они способны исследовать лишь одну точку пространства, причем в очень короткий промежуток времени. Предоставить общую картину они не в состоянии. В частности, они не являются помощниками в изучении ветров игноросферы, понимание которых может многое рассказать о перемещении энергии между Землей и космосом. Поэтому ученым пришлось прибегнуть к методике «метеорного радара».
Все, что влетает в атмосферу извне, раскаляется и сгорает. Генерирующееся тепло ионизирует окружающие газы, выбивая из них электроны. Те отражают волны, позволяя определять расстояние до себя с Земли. Это значит, что с помощью старых добрых радаров ученые могут отслеживать движение электронов в игноросфере, то есть фактически следить за тем, куда и с какой силой там дуют ветра. При достаточной интенсивности наблюдений можно отрисовать потоки на расстоянии десятков километров от «источника».
В скором будущем на помощь ракетам и радарам может прийти технология, которая на данный момент времени кажется несколько фантастической – световая левитация. Над тем, чтобы это стало явью, работают ученые из Пенсильванского университета. Базовая концепция этого затейливого метода была сформулирована ещё в 19 веке. Представьте себе небольшой кусочек сажи, освещающийся только с одного края. Он хорошо поглощает свет, поэтому сторона, обращенная к источнику оного, будет теплее. Холодные молекулы воздуха, попадая в частицу с разных сторон, будут отскакивать с неодинаковой скоростью, поглощая больше энергии с нагретого бока. На процесс воздействуют и некоторые другие факторы, однако в общем и целом кусочек сажи будет двигаться в направлении своей холодной стороны.
Концепция была протестирована на практике на примере все той же сажи, поэтому ученые знают, что она работоспособна. По крайней мере, в ограниченном масштабе. Представители упомянутого американского университета заставили летать пластик. Они воспользовались тем, что при световой левитации края объекта по-разному взаимодействуют с окружающим воздухом.
Исследователи создали сверхтонкую пленку, верхняя сторона которой гладкая, а нижняя – шероховатая. Это позволило увеличить отдачу от последней при столкновении с молекулами воздуха, и направить движение ввысь.
Летные свойства этого материала были проверены в камере низкого давления, расположенной над светодиодными лампами. В ходе эксперимента пленка ожидаемо воспарила, едва ощутив энергию фотонов. Чисто теоретически она должна повторить свой подвиг под воздействием солнечного света в игноросфере. Подобный «летательный аппарат», оснащенный парой датчиков, мог бы находиться в малоизученной области атмосферы в течение долгого времени, передавая на Землю важную информацию. Испытания технологии будут продолжены в самое ближайшее время. Это дает надежду на то, что игноросфера в скором будущем перестанет оправдывать свое малопочетное название.
