Текст книги "Вопросы о погоде"

Автор книги: Павел Астапенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 27 (всего у книги 32 страниц)

18.18. Каков температурный режим на Венере?

Венера во всех отношениях своеобразная планета, во многом не похожая на остальные. Вращается она очень медленно, так что сутки там в 117 раз продолжительнее земных (кстати, и направление вращения у нее противоположно направлению вращения остальных планет). Вследствие незначительной скорости вращения и небольшого наклона плоскости ее орбиты к плоскости экватора (менее 3°) на Венере практически нет сезонов и температура воздуха на экваторе и полюсах почти одна и та же (различия не превышают 2%). Волна солнечного нагрева перемещается вдоль солнечного экватора со скоростью 3 м/с.

Температура на освещаемой Солнцем стороне около 748 К. С высотой она убывает, достигая в тропопаузе, на высоте 58 км, примерно 281 К, то есть уже вполне земных значений. Во всей 58-километровой толще венерианской тропосферы происходит интенсивное перемешивание воздуха, связанное с бурными процессами конвекции.

18.19. Что представляет собой атмосферная циркуляция на Венере?

По современным представлениям, важнейшим фактором теплообмена и перераспределения тепла между дневными и ночными участками поверхности Венеры является ветер: над подсолнечной (дневной) областью происходит вертикальный подъем воздуха и в нижнем слое атмосферы, вероятно, имеет место подток холодного воздуха из противосолнечной (ночной) области. На верхних уровнях наблюдается противотечение – отток теплого воздуха в противосолнечной области, где он опускается вниз к поверхности планеты, чтобы начать новый цикл движения к подсолнечной области. Ввиду малой скорости вращения Венеры мала и отклоняющая сила вращения, и потому она не оказывает заметного влияния на циркуляцию, которая при этом должна быть симметричной относительно экватора. Ветры на Венере в среднем должны быть примерно в два раза слабее, чем на Земле, то есть всего 5-6 м/с, или 20 км/ч; разность давления между дневной и ночной сторонами планеты составляет в среднем около 28 гПа. Однако благодаря большой плотности венерианской атмосферы ветровое давление там в 10-15 раз превышает земное. Как мы уже говорили, для атмосферы Венеры характерно интенсивное вертикальное движение воздуха. С высотой скорости ветра возрастают, достигая на верхней границе облачного слоя 200 км/ч.

18.20. Какие на Венере облака?

Нам трудно представить себе внешний вид облаков на Венере. Есть основания полагать, что облачный покров имеет мощность несколько десятков километров, начинаясь на высоте около 50 км над поверхностью планеты. Состоят облака из капель соляной кислоты. Они могут, покрывая планету сплошным слоем, иметь отдельные участки хорошо выраженной конвекции, наподобие известных на Земле районов развития кучево-дождевых облаков в массе слоистообразной облачности фронтальной природы.

Вертикальные токи конвективных движений внутри облачного покрова, по расчетам, должны иметь скорость около 1-2 м/с, а предельные значения скорости турбулентного потока могут достигать 10 м/с.

18.21. Чем можно объяснить отсутствие кислорода в атмосфере Венеры?

Можно предположить, что атмосфера Венеры, как и ряда других планет, в том числе Меркурия, Земли и Марса, образовалась в результате дегазации твердой оболочки этой планеты. Однако, поскольку условия на этой планете оказались неблагоприятными для развития растительности и существования фотосинтезирующих микроорганизмов, процессы фотосинтеза не получили на Венере развития, что и обусловило отсутствие кислорода, хотя там достаточно исходного материала (в частности, углекислого газа) для его образования.

18.22. Каков состав атмосферы на Юпитере?

Атмосфера Юпитера состоит из легких газов – водорода и гелия. В незначительном количестве там обнаружены метан и аммиак. Последний, возможно, как предполагают некоторые исследователи, существует на этой планете еще в кристаллическом и в жидком виде (из аммиачных кристаллов и капель могут формироваться облака).

Все перечисленные газы содержатся в верхнем слое атмосферы Юпитера, то есть выше облаков, которые окутывают планету очень мощным слоем, толщиной примерно 1000 км. В нижнем слое атмосферы, вероятно, содержатся более тяжелые газы и вода, а также и аммиак. В целом плотность атмосферы Юпитера не очень велика, атмосферное давление на поверхности составляет 1,3 земного.

18.23. Что представляют собой облака на Юпитере?

Как предполагают ученые, это капельно-жидкая облачность, состоящая из водного раствора аммиака, а возможно, и соляной кислоты. Нижняя граница ее предположительно находится на высоте нескольких десятков километров над поверхностью планеты, верхняя – на высоте около 1000 км. Некоторые ученые допускают возможность существования нескольких слоев облачности на Юпитере, в том числе слоя из кристаллического аммиака. Облачные поля на этой планете неустойчивы, наблюдаются они в виде нескольких полос вдоль кругов широты, их конфигурация изменяется иногда очень быстро.

18.24. Каков режим температуры в атмосфере Юпитера?

Более или менее определенно можно судить лишь о температуре на поверхности облачного слоя планеты, которая оценивается в 130-150 К. Значительно труднее оценить температурный режим в нижнем слое атмосферы, под облаками. По некоторым расчетам, температура в подоблачном слое на Юпитере составляет около 400 К.

18.25. Что известно о циркуляции атмосферы Юпитера?

Юпитер – планета с высокой скоростью вращения, и ввиду большой мощности облачного покрова циркуляция его атмосферы определяется не солнечным нагревом поверхности планеты, а действием внутренних сил гравитации. Судя по направленности облачных полос параллельно экватору, циркуляция носит четко выраженный зональный характер. Одной из особенностей циркуляции являются резкие скачкообразные изменения ее скорости вдоль меридиана, достигающие 1 км/с на 3° широты.

18.26. Каковы особенности атмосферных условий на других планетах-гигантах?

Об атмосферных условиях на планетах-гигантах, к которым, кроме Юпитера, относятся Сатурн, Уран и Нептун, известно немного. Обладая большой массой и большой скоростью вращения, они сохраняют в своих атмосферах легкие газы. На всех указанных планетах есть водород и метан. Атмосфера есть даже на некоторых из их спутников. Будучи сильно удаленными от Солнца, эти планеты получают ничтожное количество солнечного тепла. Сатурн, Уран и Нептун известны как планеты с низкотемпературным излучением.

18.27. Что такое солнечный ветер?

Солнечный ветер – не метеорологическое понятие, а астрофизическое. Это постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Солнечный ветер уносит избыточную энергию солнечной короны, остающуюся после потери энергии на излучение. Температура плазмы у «истоков» солнечного ветра, на солнечной короне, около 2 • 10⁶ К, по мере удаления от Солнца она сперва возрастает, составляя 10⁷ К, а затем уменьшается, достигая у земной орбиты 10⁴ К, а при вспышках солнечной активности становится на порядок выше, то есть 10⁵ К. Радиальная скорость частиц солнечного ветра на удалении в несколько радиусов Солнца составляет 100-150 км/с, а у орбиты Земли она может быть от 300 до 750 км/с. Плотность потока частиц соответственно убывает, она обратно пропорциональна квадрату расстояния от Солнца. На удалении примерно десяти земных радиусов от нашей планеты под влиянием магнитного поля Земли солнечный ветер как бы обтекает земную магнитосферу, оказывая влияние на ее состояние при колебаниях интенсивности потока частиц, составляющих солнечный ветер. Вариации интенсивности солнечного ветра являются причиной магнитных бурь, полярных сияний и других проявлений возмущения магнитного поля Земли.

18.28. Что такое космический ветер?

Это потоки частиц, излучаемые звездами. Американский космический аппарат «Вояджер-2» в июле 1979 года зафиксировал в пределах солнечной системы, на расстоянии 20 млн. км от планеты Юпитер, излучение потока частиц со скоростью, превышающей 5 млн. км/ч (более 1388 км/с), которое американскими учеными университета Джона Гопкинса было названо космическим ветром. О достижении планеты Юпитер потоками частиц космического ветра было известно и ранее по результатам исследований советских и зарубежных астрофизиков.

18.29. Что представляет собой «парад планет» и может ли он повлиять на условия жизни на Земле?

«Парадом планет» называют сравнительно редкие случаи, когда планеты солнечной системы выстраиваются в одну линию и создают, таким образом, увеличение приливных сил, вызываемое суммарным притяжением всех планет. Все предшествующие случаи «парада планет» не внесли никаких заметных изменений в условия жизни на Земле. Влияние таких ситуаций в положении планет солнечной системы на состояние земной коры и атмосферы не доказано – увеличение приливных сил слишком малозначительно, чтобы его можно было принимать в расчет. Так, во всяком случае, утверждают специалисты – астрономы и астрофизики.

ИСКУССТВЕННЫЙ КЛИМАТ

Собственно понятие «искусственный климат» не существует. Есть климат географической области или зоны, есть местный климат внутри какой-то ограниченной территории, обусловленный особенностями данной местности, и, наконец, есть еще микроклимат в приземном слое воздуха в пределах совсем малого по размерам пространства – под листвой растений или кроной дерева, на лесной поляне или на дне оврага… Все это климат, сложившийся естественно, как элемент природной среды. Однако микроклимат может быть создан и искусственно – посадкой деревьев или кустарников, орошением поля и дренажными работами на болоте. Еще в большей мере преднамеренно он создается человеком в оранжереях, теплицах, зимних садах, зимних стадионах, овоще– и фруктохранилищах, рефрижераторах, закрытых плавательных бассейнах и, само собой разумеется, во всех помещениях вообще, в которых живут и работают люди или в которых они укрывают от непогоды домашних животных. Режим температуры, влажности, воздухообмена в наших домах – вещь обыденная, привычная. В обиходе у нас нет специального термина для его обозначения. А это ведь, по существу, не что иное, как искусственный климат. Пожалуй, лишь для помещений, оборудованных воздушными кондиционерами, в странах с жарким климатом и у нас на юге страны, термин «искусственный климат» применяется часто и практически прижился, хотя он в равной мере может быть применен и ко всем другим помещениям, отапливаемым и неотапливаемым, поскольку состояние воздуха в них регулируется человеком, то есть создается искусственно.

Именно об условиях, создаваемых людьми в закрытых помещениях, то есть о разных вариантах искусственного климата, мы и поведем речь ниже.

19.1. Можно ли создать искусственный климат под защитой снежного покрова?

Можно: снег является отличным естественным строительным материалом, вполне пригодным для создания искусственного климата в его толще. Это было известно и людям древности, известно и многим животным. И те, и другие с большим успехом использовали зимой снег как укрытие не только от ветра и осадков, но и от мороза. Благодаря пористой структуре снег – неплохой теплоизоляционный материал. Им и сейчас пользуются на севере и в горах охотники, туристы, альпинисты. Полярники в Антарктиде нередко укрывают под снегом свои жилища и рабочие помещения научных станций.

19.2. Какие требования предъявляются к помещениям с искусственным климатом?

Для рабочих помещений, не имеющих прямого сообщения с наружным воздухом и лишенных естественного освещения, обязательно создание искусственного климата, показатели которого не выходили бы за пределы зоны комфорта. Это касается режима температуры и влажности воздуха, а также вентиляции, то есть воздухообмена. Указанные характеристики рабочих помещений должны быть стабильными и обеспечиваются искусственно. Современные нормы предусматривают объем помещений из расчета не менее 10 м на человека и скорость вентиляции 250 л/мин, то есть полный обмен воздуха в течение часа. Кроме того, помещение должно иметь искусственное освещение в соответствии с нормами для обычных рабочих помещений.

19.3. В чем особенности искусственного климата кухонь?

Кухни с газовыми плитами нуждаются в усиленной вентиляции, так как концентрация загрязняющих воздух веществ в них в 10-20 раз больше, чем в обычных жилых помещениях. Особенностью искусственно создаваемого микроклимата кухонь является изменение состава воздуха за счет интенсивного поступления углекислого и угарного газов. Кроме того, в воздухе кухонь много аэрозольных тел и скоплений тяжелых ионов, вредных для человеческого организма. Лучше всего вентилируются кухни, оборудованные дровяными печами с сильной тягой. В настоящее время микроклимат кухонь улучшается внедрением электроплит, инфракрасного подогрева пищи. Однако в любом случае помещение кухни нуждается в усиленной вентиляции для удаления загрязнений воздуха и поддержания требуемого режима температуры; в плохо вентилируемых кухнях температура обычно намного превышает норму, соответствующую зоне комфорта.

19.4. Существует ли связь между микроклиматом рабочих помещений и производительностью труда?

Такая связь определенно существует: экспериментальным путем установлено, что наивысшая производительность труда достигается при прочих равных условиях там, где устойчивый оптимальный влажностно-температурный режим и постоянное равномерное поступление чистого свежего воздуха без ощутимой его подвижности (сквозняков). Особенно велико значение отклонений температуры от комфортных условий. В одном из специально поставленных опытов у людей, выполняющих несложную работу, зафиксировано снижение производительности труда на 12% при понижении температуры в рабочем помещении с 17 до 10°C. При одновременном, даже значительном, изменении температуры, влажности и режима воздухообмена, производившемся, однако, в пределах зоны комфорта, сколь-либо существенных колебаний в производительности труда не наблюдалось.

19.5. Какая роль в формировании условий комфорта принадлежит солнечной радиации?

Большинство исследователей считает нежелательным, чтобы прямые солнечные лучи проникали в рабочие помещения. Исключения составляют лишь зимние месяцы в средних широтах, когда ощущается общий недостаток естественного света даже в околополуденное время. Солнечная радиация, поступающая через окна в дневное время, в холодную часть года, в состоянии нагреть помещение на 2-3°C. В низких широтах радиационные притоки тепла признаются недопустимыми; для защиты от них необходимо пользоваться различными средствами затенения (занавеси, жалюзи, навесы, тенты, лоджии и т. п.).

19.6. Как лучше учесть особенности климата при строительстве дома?

Чтобы грамотно учесть все особенности местного климата при гражданском строительстве, нужны консультации специалистов-климатологов о влиянии таких факторов, как солнечная радиация, господствующие ветры, влагосодержание воздуха, водопоглотительная способность почвы, наклон местности, близость открытых водных пространств. Располагая такими характеристиками, архитектор и инженер-строитель смогут спланировать здание, наилучшим образом приспособленное к местному климату и располагающее максимальной комфортабельностью, возможной в данных конкретных условиях, то есть лишенное недостатков, связанных с неблагоприятными влияниями климатических особенностей.

19.7. Как создается искусственный микроклимат на борту космических кораблей и орбитальных станций?

На борту искусственных спутников Земли и космических кораблей должны создаваться благоприятные условия для длительного пребывания и активной деятельности экипажей. Это прежде всего – постоянство режима температуры и влажности и чистота воздуха, его неизменная пригодность для дыхания.

В условиях невесомости не существует естественного воздухообмена, которым снимаются излишки тепла с тела человека. Поэтому на космических кораблях устанавливается система принудительной циркуляции воздуха и автоматически работающая система контроля за температурным режимом в различных частях кабины.

В зависимости от состава смеси газов, которыми заполняются кабины кораблей, устанавливается постоянный оптимальный режим температуры: на советских кораблях он близок к обычному режиму, привычному на Земле, а на американских, в которых вместо азота разбавителем кислорода служит гелий, – режим температуры поддерживается на 6-8°C выше, так как ощущение комфорта в гелиевой атмосфере наступает при температуре около 30°C.

19.8. Насколько различны условия радиационного облучения на Земле и в космосе, на орбитах полетов ИСЗ?

Поскольку орбиты ИСЗ находятся на высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли, то есть в разреженных слоях верхней атмосферы, то уровень радиационного облучения на высоте полета космических кораблей выше, чем на Земле. В нормальных условиях, при спокойном состоянии Солнца, на орбите советской станции «Салют-6» (высота 260-310 км) доза облучения примерно в полтора раза больше, а на орбите американской станции «Скайлэб», летающей на 100 км выше, она больше уже в несколько раз. Дело в том, что по мере удаления от земной поверхности уменьшается защитная способность толщи атмосферы, очень разреженной на такой высоте, и магнитосферы, отклоняющей часть потока солнечного излучения в сторону от Земли. При вспышках солнечной активности, приблизительно соответствующих по времени появлению на поверхности Солнца новых пятен, уровень радиации, вредной для человеческого организма, на орбитах ИСЗ возрастает в десятки и сотни раз; космонавты в этих случаях должны искать защиту под тепловой обшивкой своих кораблей, пристыкованных к орбитальным станциям.

19.9. Как обеспечивается радиационная защита космических кораблей?

При спокойном состоянии Солнца, то есть при обычном уровне солнечной активности, дозы облучения, получаемые космонавтами на борту космических кораблей или орбитальных станций, хотя и превышают дозы, получаемые людьми на земной поверхности, абсолютно неопасны для здоровья. Опасность представляют случаи вспышек солнечной активности, происходящие время от времени, от одного до трех-четырех раз в год, в зависимости от цикла солнечной деятельности.

Предупреждения-прогнозы таких вспышек даются особой Службой Солнца, специалисты которой ведут непрерывные наблюдения за состоянием солнечной активности. Кроме того, с момента возникновения вспышки на Солнце до опасного повышения уровня радиации на орбите ИСЗ проходит некоторое время (около 20 мин), достаточное, чтобы принять необходимые меры радиационной защиты космонавтов. Для этой цели применяются как пассивные средства защиты – экранирование отсеков станций материалами, способными поглощать опасные для организма заряженные частицы, так и активная, основанная на использовании электромагнитных полей, способных отклонять корпускулярные частицы от космического корабля.

19.10. Существует ли опасность радиационного облучения людей на борту самолета?

На самолетах обычного типа, летающих в нижнем слое атмосферы, опасности радиационного облучения не существует вообще. Для сверхзвуковых транспортных самолетов, летающих в нижней стратосфере, такая опасность, хотя и меньшая, чем для ИСЗ, может возникнуть только в периоды интенсивных солнечных вспышек. Международная система оповещения о таких случаях и постоянный контроль Службы Солнца за состоянием солнечной активности обеспечивают радиационную безопасность полетов самолетов в нижней стратосфере, как и ИСЗ в околоземном пространстве.

19.11. Обязательна ли герметичность теплиц для выращивания в них овощей?

Теплицы нуждаются в хорошей термоизоляции, но для достижения последней совсем не обязательна герметичность. Даже наоборот, полная герметичность теплиц, если бы она была достигнута, оказалась бы губительной для растений, которые нуждаются в обмене воздуха теплиц с наружным воздухом. Дело в том, что поглощая в процессе фотосинтеза углекислый газ из воздуха теплицы, растения за 2-3 ч полностью израсходуют весь запас газа в замкнутом пространстве теплицы и, лишившись питания, окажутся без строительного материала, необходимого им для формирования урожая. Подсчитано, что для выращивания 7 – 8 кг томатов или огурцов требуется 1 кг углекислого газа.

19.12. В чем различия климата, искусственно создаваемого в оранжереях и в теплицах?

Принципиально искусственный климат оранжерей и теплиц один и тот же. Создается он на основе использования оптических свойств стекла или полиэтиленовой пленки, обладающих способностью сохранять тепло у поверхности земли, предотвращая выхолаживание приземного слоя воздуха холодным ветром, а также пропускать солнечное излучение лучше, чем обратное тепловое излучение поверхности почвы (парниковый эффект). Однако для поддержания оптимальной для развития растений температуры, кроме естественного солнечного обогрева, необходим и искусственный обогрев (воздушный, электрический, водяной, паровой или боровой – обогрев за счет выделения тепла в процессе гниения внесенной под почву смеси навоза с ботвой или листьями). Помимо обогрева, искусственный климат формируется дополнительным искусственным освещением, увлажнением воздуха и поливом почвы. В зависимости от выращиваемых культур оранжереи имеют различный температурный режим и делятся на холодные (с температурой от 1 до 8°C), умеренные (от 8 до 15°C) и теплые (от 15 до 26°C). Умеренные и теплые оранжереи называют теплицами, в отличие от холодных, которые называются только оранжереями.