Здравствуйте, дорогие подписчики! В июне 2026 года планируется первый запуск аэростата "МЗ-1Т-p" в стратосферу, в создании которого активную роль принимает команда канала. Его главной целью станет изучение процессов, происходящих в свободных верхних слоях атмосферы. В этой статье мы расскажем о том, что происходит за приделами привычного нам слоя атмосферы. Приятного прочтения!
Строение земной атмосферы
Для начала вспомним всем известное строение земной атмосферы. Атмосфера Земли имеет крайне неоднородное строение, однако в общих чертах подчиняется нескольким основным правилам:
1) Давление падает с высотой. В среднем оно понижается на 1 мм. рт. ст. каждые 10,5 метров высоты над уровнем моря.
2) Температура падает с высотой. В среднем на 0,6°C каждые 100 метров высоты над уровнем моря.
3) Влажность стремительно падает с высотой, но крайне неоднородно.
На высоте более 8 километров воздух становится слишком разрежённым и сухим, чтобы человек мог им дышать. Там и подходят к концу нижние слои атмосферы - тропосфера и тропопауза. После них эти законы полностью перестают работать.
Переходной зоной является стратосфера - слой атмосферы, содержащий признаки как верхних, так и нижних слоёв атмосферы. В тропопаузе и нижней части стратосферы температура в основном не меняется с высотой. Воздух продолжает разрежаться, он стал почти полностью сухим.
Мезосфера является границей атмосферы в нашем привычном понимании. Первый слой атмосферы, в котором самолёты теряют свои аэродинамические качества. Температура падает с высотой.
В термосфере воздух больше никак не влияет на температуру. Начинается космическое пространство. Температура стремительно растёт, плотность стремительно падает.
В экзосфере встречаются лишь отдельные частицы воздуха. Именно в ней появляются полярные сияния. За ней следует открытое межпланетное пространство.
Исследованием верхних слоев атмосферы занимается отдельный раздел метеорологии - аэрология.
Стратосфера
Стратосфера - слой атмосферы, простирающийся с 10-15 километров над уровнем моря до 50-55 метров над уровнем моря. Данный слой атмосферы содержит много интересных научных данных, и является самым исследованным из верхних слоёв атмосферы. Нижняя стратосфера также является верхней границей биосферы - выше 30 километров над уровнем моря жизнь не существует ни в каком виде. В верхней стратосфере все летательные аппараты теряют свои свойства. На высоте 20-30 километров над уровнем моря (в зависимости от широты) располагается озоновый слой - "экран" из озона, защищающий нас от космического излучения. На высоте 18-19 километров над уровнем моря располагается "линия Армстронга" - выше этой высоты человек не сможет жить без скафандра или герметичной капсулы. Эта же линия является верхней границей биосферы.
Характеристики слоя:
- Высоты: в среднем от 12,5 до 50,5 километров над уровнем моря.
- Атмосферное давление: при нормальных условиях от 76 до 0,76 мм. рт. ст.
- Скорость ветра: 108-252 км./ч.
- Плотность воздуха: 0,4-0,001 кг./м3
- Температуры: -90°C...10°C
Мезосфера
Следующий слой - мезосфера. В этом слое летательные аппараты окончательно теряют возможность создавать подъёмную силу, так как плотность воздуха становится слишком низкой. Воздух становится полностью сухим, аэродинамическое сопротивление стремительно уменьшается. Именно в этом слое возникают красивейшие серебристые облака и загораются метеоры. Температура падает с высотой. Расположена мезосфера на высотах от 50-55 до 80-90 километров над уровнем моря.
Характеристики слоя:
- Высоты: в среднем от 52,5 до 85 километров над уровнем моря.
- Атмосферное давление: при нормальных условиях от 0,076 до 0,0076 мм. рт. ст.
- Скорость ветра: 180-252 км./ч.
- Плотность воздуха: 0,006 кг./м3
- Температуры: -90°C...0°C
Термосфера
Поднимаясь выше, мы попадаем в термосферу. Начиная с этого слоя, узнать о существовании воздуха без специальных приборов невозможно. Аэродинамическое сопротивление почти полностью исчезает, как и атмосферное давление. На высоте 100 километров наступает невесомость. Начинается космос. Однако атмосфера не исчезает полностью - она ослабевает постепенно. Водяной пар полностью исчезает. Воздух больше не влияет на температуру, она начинает стремительно расти с высотой. Кроме того, он становится ионизированным. Начинают формироваться полярные сияния. Именно в термосфере летают большинство космических аппаратов. Данный слой находится на высоте от 80-90 до 700 километров над уровнем моря. Именно здесь аэрология начинает вплотную пересекаться с астрономией.
Характеристики слоя:
- Высоты: в среднем от 85 до 700 километров над уровнем моря.
- Атмосферное давление: при нормальных условиях в среднем 0,00076 мм.рт.ст.
- Скорость ветра: ~360 км./ч.
- Плотность воздуха: 2⋅10^-5...2⋅10^-12 кг/м3
- Температуры: -100°C...160°C
Экзосфера
Экзосфера - последний и самый малоизученный слой земной атмосферы. Является своеобразной переходной зоной между атмосферой и открытым межпланетным пространством. Воздух ионизированный, экзосфера также является зоной образования полярных сияний. Атмосферное давление почти полностью исчезает, встречаются лишь отдельные частицы воздуха. Все процессы в экзосферы тесно связаны с солнечным ветром и другими космическими процессами, в связи с чем данный слой изучает как аэрология, так и астрономия. Расположена экзосфера на высоте от 700 километров над уровнем моря, а четкой верхней границы не имеет, постепенно переходя в магнитосферу с высоты в 20 000 километров.
Характеристики слоя:
- Высоты: в среднем от 700 до 10 000-20 000 километров над уровнем моря.
- Атмосферное давление: ~0,00038 мм.рт.ст.
- Скорость ветра: ветер в привычном понимании отсутствует.
- Плотность воздуха: близка к 0
- Температуры: -170°C...120°C
Практические исследования верхних слоёв атмосферы
Нижние слои атмосферы - тропосфера и тропопауза исследованы людьми невероятно обширно и точно. Большую часть этого слоя атмосферы можно исследовать без летательных аппаратов, а с их появлением исследование тропосферы перестало быть тяжелой научной задачей. Однако исследовать верхние слои атмосферы с поверхности достаточно трудно - большинство сведений люди получали только косвенными путями и математическими расчётами. Практическое исследование стратосферы началось с появлением метеорологических шаров-зондов - первый такой был запущен 30 января 1930 года в Ленинградской области. Позже были изобретены стратостаты, способные подниматься до 22 километров с экипажем. Ещё чуть позже, в конце 1940-ых годов были изобретены метеорологические ракеты, способные подниматься на высоту до 90 километров над уровнем моря. Именно благодаря ним нам удалось исследовать верхнюю часть стратосферы, мезосферу и нижнюю часть термосферы.
Исследование большей части термосферы и экзосферы началось с космической эры. 7 октября 1957 года был успешно запущен "Спутник-1" - он положил начало освоению космоса и практическим исследованиям верхней части термосферы. Позже началось и исследование экзосферы.
В настоящее время исследования атмосферы продолжаются. Множество любительских аппаратов ежегодно отправляются в нижнюю стратосферу, профессиональные стратостаты исследуют её верхнюю часть. Строятся новые метеорологические ракеты для исследований мезосферы. Термосферу и экзосферу исследуют множество космических спутников. Среди новых разработок в мире аэрологии аэростаты типа zero-pressure, метеорологические ракеты "МН-300" и "Мера", спутники "Ионосфера".
Спасибо за внимание! Ставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал! Всем хорошей погоды🌞🌄❄!
Обзоры погоды | Метеорология