Молодые ленинградские ученые получили в конце концов формулы яркости сферической планетной атмосферы, учитывающие положение наблюдателя в космосе, условия освещения Солнцем и многое другое. Они провели расчеты сумеречного ореола земного горизонта, построили цветные картины: вместо громоздких интегралов получилась мозаика красок, всем понятная картинка. Теперь оставалось проверить расчеты экспериментом в космосе.
Под руководством члена-корреспондента АН СССР К. Кондратьева, главного энтузиаста эксперимента, предложившего включить его в программу полета еще «Союза-5», в Ленинграде сделали специальный прибор. 15 января 1969 года на втором и шестом витках и 16 января — на пятнадцатом Е. Хрунов провел наблюдения сумеречного ореола Земли. Сперва он описал его так, как видел сам, а потом, вооружившись прибором, выполнил эксперимент по спектрофотометрированию.
«Смотришь на земной горизонт в направлении, где должно взойти Солнце, и видишь сначала полосу космической зари, которая постепенно увеличивается по высоте и азимуту, — сообщал Е. Хрунов. — Четко видна линия горизонта и линия разрыва облачности. Атмосфера на горизонте у поверхности Земли ярко-красная, сочная. Выше она переходит в оранжевую, желтую, темно-синюю, затем в светло-синюю с плавным переходом в фиолетовый цвет, а потом в черный космос с мириадами ярко светящихся, немигающих звезд…
В противоположном направлении от места восхода Солнца, на ночной стороне, у горизонта Земли наблюдается, — продолжал космонавт, — довольно светлая серого цвета полоса, яркость которой с высотой уменьшается. Но на высоте 95–100 километров яркость опять увеличивается и затем переходит в черный, усыпанный звездами космос. Дивную картину представляет дневной горизонт Земли, хотя линию его просматриваешь не очень четко из-за наличия атмосферы. Он выступает в виде голубой, размытой сверху и снизу полосы, как бы наложенной на цветную дымку».
Корабль летит почти навстречу Солнцу, а точнее, под углом 30 градусов от направления на наше дневное светило. На поверхности планеты ночь, и люди еще не видят зари, но вот она появляется, все увеличивается по протяженности и насыщенности цветов. Она все светлеет, и там, где должно показаться Солнце, образуется светящийся столб. Затем появляется край солнечного диска, и заря сразу уменьшается по высоте и исчезает совсем. Вот Солнце взошло наполовину, яркость его возросла настолько, что на него уже нельзя смотреть прямо. Если с поверхности Земли человек видит горизонт на удалении трех-четырех километров, то с высоты 250 километров он отодвигается на расстояние 1700 километров, и поэтому восход для космонавта наступает примерно на час раньше, чем для живущих на Земле, в точке, над которой пролетает космический корабль.
Исследования сумеречного горизонта Земли продолжались на «Союзах» и «Салютах». Содружество ученых и космонавтов принесло здесь открытие, которое было занесено в государственный реестр. Вот как он выглядит.
«Диплом № 106. Заявка от 9 августа 1971 года.
Авторы открытия
А. А. Бузников — кандидат технических наук, К. Я. Кондратьев — член-корреспондент АН СССР, A. И. Лазарев — доктор технических наук, М. М. Мирошников — доктор технических наук, О. И. Смоктий — кандидат физико-математических наук, и летчики-космонавты СССР Г. Т. Береговой, А. Г. Николаев, B. И. Севастьянов — кандидат технических наук, и Е. В Хрунов.
Название открытия
Явление вертикально-лучевой структуры дневного излучения верхней атмосферы Земли.
Приоритет открытия
19 мая 1971 года
Формула открытия
Установлено ранее неизвестное явление вертикально-лучевой структуры (горизонтальной неоднородности) дневного излучения Земли в переходной области от ночного эмиссионного слоя до зоны цветного сумеречного ореола».
К слову сказать, после полета в космос Е. Хрунов особо «пристрастился» именно к этой работе. Наблюдения и эксперименты, проделанные им на орбите, легли в основу его диссертации.
Наблюдения, проведенные космонавтами на борту космических кораблей «Союз-3», «Союз-5» и «Союз-9», позволили открыть новые свойства верхних слоев атмосферы. Когда космический корабль находится в тени Земли, при благоприятных условиях (если нет ураганов и циклонов) отчетливо видна черная линия края планеты, а над ней на высоте 80–100 километров однородный светящийся слой — венец пепельно-серого цвета с розовым оттенком. Слегка размытая граница этого слоя хорошо выделяется на черном фоне космоса.
Линия терминатора, которая делит видимую поверхность Земли на дневную и ночную — сумеречная область, — многообразием цветов напоминает радугу. Особенно интересное явление можно увидеть в переходной области между зонами цветного сумеречного ореола и ночного венца. Здесь появляется сильное свечение в виде желто-серых столбиков, идущих от нижней светлой полосы у горизонта, которая вдвое больше, чем высота венца. Сам венец как бы «разлохмачивается», и появляется впечатление, что с Земли направлены вверх мощные лучи прожекторов.
По мере того как Солнце поднимается над горизонтом, в определенный момент можно наблюдать зону цветного свечения в виде «усов». Они видны, правда, не более двух минут. В районе терминатора красочный ореол как бы отрывается от поверхности Земли и по касательной уходит в черное небо.
Открытие, о котором идет речь, стало итогом почти пятилетнего серьезного научного труда: наблюдений, экспериментов, анализа полученных данных. Красота космических зорь обернулась новым знанием. Насколько же оно важно? Нужно ли так тщательно исследовать результаты наблюдений космонавтов, хотя бы и весьма впечатляющие с эстетической точки зрения?
Во-первых, открытие ночного светящегося слоя в верхних слоях атмосферы Земли поможет космонавтам в самостоятельной навигации и ориентации пилотируемых кораблей на околоземных орбитах.
Во-вторых, светящиеся столбики в переходной зоне свидетельствуют о неоднородности слоев атмосферы в горизонтальном направлении. А это очень важный вывод принципиального характера. Он позволяет найти способ оценки состояния атмосферы, изменений ее состава, загрязненности, наконец, контроля идущих при этом процессов.
Наблюдение из космоса за атмосферой, ее оптическими свойствами превращается сегодня в часть работы по сохранению окружающей нас среды.
По солнечным ступенькам
Будущее атмосферы не может нас не беспокоить. Слишком быстро растут масштабы и размах человеческой деятельности, «перекраивающей» лик нашей планеты. Мы, люди, вмешиваемся в окружающий мир активно и властно. Что же сегодня происходит в окружающей нас среде, в частности в атмосфере, как «отвечает» она на это вторжение?
Прежде всего вспомним о кислороде. Его могучий источник — фотосинтез в земных растениях. Атмосфера содержит около 1 500 000 000 миллионов тонн кислорода. Через каждые две-три тысячи лет этот «живительный газ» полностью обновляется. Но ведь теперь мы сжигаем угля, нефти, горючего газа гораздо больше, чем раньше! За последние 15–20 лет нефти добыто больше, чем за всю предшествующую историю человечества. Эта нефть сгорает в топках электростанций, в двигателях автомобилей, тепловозов и кораблей. Сгорает, поглощая кислород воздуха. Образно говоря, нефть «поедает» кислород со всевозрастающим аппетитом. Не уменьшилось ли его количество в нашем столетии?
Оказывается, нет, не уменьшилось. По крайней мере, по сравнению с 1910 годом, когда начались систематические наблюдения за количеством кислорода. «Зеленые фабрики» — растения — работают, видимо, продуктивнее, чем раньше. Подсчитано, что если даже возрастут темпы добычи топлива, кислорода хватит на сотни тысяч лет. «Кислородный голод» планете не грозит. Зато с углекислым газом дело обстоит несколько иначе.
Углекислый газ в атмосфере Земли играет роль, сходную с той, что выполняют стекла в оранжерее. Он пропускает солнечный свет к поверхности Земли, но задерживает тепловое излучение планеты. Создается так называемый «тепличный», или «парниковый», эффект. За столетие количество углекислого газа в атмосфере возросло на несколько процентов. Его источники, напомню, — дыхание животных и растений, сжигание ископаемого топлива, вулканические газы и т. д. Накопление углекислого газа идет довольно быстро. По некоторым данным к 2000 году его будет уже на 20 процентов больше, чем сейчас. В масштабах планеты, как показывают расчеты, это приведет к общему повышению температуры в среднем на два градуса. Увы, пока ученые не знают, как отнесутся к такому повышению концентрации углекислого газа «зеленые фабрики» планеты. Если они «догадаются» увеличить свою производительность и станут интенсивнее поглощать углекислый газ, то все останется по-прежнему. А если таких резервов не окажется?
