Погода интересует всех - [25]

В Мон-Луи, в Пиренейских горах, на протяжении многих лет используется параболическое зеркало для нагревания плавильной печи. Это зеркало состоит из 3500 мелких зеркал, имеет диаметр 11 м. В фокусе удается получить температуру около 3600°. Это выше температуры электрической дуги.

В последние годы с открытием полупроводников появилась возможность непосредственного преобразования солнечных лучей в электрический ток. При этом может быть достигнут очень высокий коэффициент полезного действия. Приборы третьего советского искусответного спутника Земли более года питались током, который вырабатывали солнечные батареи.

Однако количество солнечной энергии, преобразованное в тепло и электрический ток, совершенно ничтожно по сравнению с тем колоссальным количеством тепла, которое получает земная поверхность в результате поглощения падающих на нее солнечных лучей. Энергия всего лишь одного тропического циклона, в котором только ничтожная часть солнечной энергии перешла в тепло и механическую работу, равняется энергии 250 000 атомных бомб типа бомбы, сброшенной на Хиросиму. А ведь эта бомба обладала мощностью в 2 000 000 квт. Или другой пример: для обеспечения годовой суммы испарения с поверхности земли необходимо количество солнечной энергии, которое в 10 раз превышает энергию, скрытую во всех известных сейчас залежах каменного угля.

А как обстоит дело с потерей энергии Солнцем? Происходит ли постепенное его остывание?

Ответ на этот вопрос смогла дать современная атомная физика. В центральной части Солнца происходит превращение водорода в гелий, причем из 1 г водорода получается 0,993 г гелия и выделяется 175 000 квт.-ч. энергии. При этом каждый раз излучается около 0,7 % массы одного атома водорода, находящегося на Солнце, а это значит, что Солнце каждую секунду теряет 4 150 000 т своего вещества. Однако расчеты показали, что если интенсивность излучения радиации Солнцем сохранится, то за миллиард лет лишь 1 % солнечного водорода превратится в гелий. Из этого следует, что для сколько-нибудь существенного остывания Солнца необходим невообразимо колоссальный промежуток времени.

Холодильник нашей планеты

В предыдущей главе мы говорили об облучении Земли солнечной радиацией. Каждый день земной шар получает от Солнца огромное количество тепла. Теперь следует ответить на вопрос: куда же девается это тепло? Можно было бы подумать, что под действием этого тепла Земля должна непрерывно нагреваться. Однако систематического нагревания всей Земли в действительности не существует. Значит, за год количество энергии, полученной Землей от Солнца, в точности равняется количеству отданной. Рассмотрим процесс отдачи энергии несколько подробнее.

Потоки лучистой энергии на дневную и ночную стороны Земли.

1 — солнечная радиация, 2 — излучение Земли и атмосферы, 3 — противоизлучение атмосферы, 4 — отражение от облаков, 5 — отражение от Земли.

Земля примерно на 300° теплее окружающего ее космического пространства[24]. Ее можно сравнить с натопленной печью, которая отдает свое тепло комнате и сама при этом охлаждается. Точно так же и Земля непрерывно отдает в мировое пространство энергию в виде длинноволнового излучения. Поскольку, однако, человек не воспринимает эту потерю энергии непосредственно, то неудивительно, что несведущие люди придумывают самые невероятные объяснения и ночного охлаждения земной поверхности, и зимних морозов. В частности, сильные морозы часто пытаются объяснить влиянием Луны.

В действительности охлаждение земной поверхности и в течение суток, и в течение года можно объяснить постоянным излучением инфракрасной радиации. Процесс выхолаживания прерывается только тогда, когда к земной поверхности приходит солнечная радиация. По мере увеличения высоты солнца над горизонтом приход солнечной радиации все более превосходит потерю тепла излучением. Начинается постоянный прогрев земной поверхности и примыкающих к ней нижних слоев атмосферы. В этом случае метеорологи говорят, что радиационный баланс поверхности становится положительным. Ночью же он почти всегда отрицательный. Даже в конце дня излучение поверхности может стать больше прихода радиации от Солнца, так как высота его над горизонтом в это время суток опять становится небольшой. Это справедливо даже для теплых летних вечеров, когда солнце еще не опустилось под горизонт, но на лугах уже начинает появляться роса. Выхолаживание травяного покрова приводит к тому, что, например, на заболоченных и степных участках северных районов ГДР и ФРГ даже в июне еще могут наблюдаться ночные заморозки на поверхности почвы.

Суточный и годовой ход температуры земной поверхности и воздуха зависит от хода радиационного баланса. Земная поверхность нагревается, если дневной приход лучистой энергии к ней будет больше излучения в течение ночи. Поскольку Земля в первом приближении имеет форму шара, то в один и тот же момент угол падения солнечных лучей на земную поверхность неодинаков на разных широтах. На Земле существуют такие области, в которых годовая сумма приходящей энергии всегда больше суммы энергии, отдаваемой за тот же период (тропические широты), и области непрерывной потери тепла (полярные районы). Становится понятным образование воздушных масс, различающихся своими свойствами. Эти свойства сохраняются даже в случае перемещения воздушных масс в другие широты. Образование воздушных масс и их движение можно объяснить на примере комнаты, отапливаемой печкой. Ледяные пространства полярных районов можно сравнить с комнатой, которая протапливается только в течение нескольких дневных часов. Температура воздуха в такой комнате повышается до тех пор, пока она получает больше тепла от печки, чем теряет его через окна, двери и стены. Если в печке поддерживается лишь слабый огонь, то незначительное количество выделяющегося при этом тепла не сможет вытеснить из комнаты холод. А так как в полярных областях «отопление» не является достаточным, то ледяной и снежный покров этих областей непрерывно выхолаживается. Когда же начинается короткое полярное лето, снег нагревается, поднимается и температура воздуха. Однако из-за малого угла падения солнечных лучей вызываемое ими нагревание поверхности оказывается столь незначительным