Альма-матер
  • Лицей Франсуа-Араго [d]
  • Политехническая школа

Биография

Доминик Франсуа Жан Араго родился 26 февраля 1786 года в Эстажеле, близ Перпиньяна .

В возрасте 18 лет Араго поступил в Политехническую школу , а в 1806 году получил место секретаря в Бюро долгот . Состоя в этой должности, он продолжал вместе с Жаном-Батистом Био и испанскими комиссарами Шэ и Родригесом измерение меридиана на пространстве от Барселоны до острова Форментеры , начатое Деламбром и Мешеном, и был на Майорке как раз в то время, когда в Испании началось восстание против Наполеона . Там Араго был арестован и провёл несколько месяцев в заключении в Бельверской цитадели вблизи Пальмы . Будучи освобождён, он пытался переправиться в Алжир , чтобы оттуда переплыть в Марсель на алжирском корабле, но корабль захватил испанский крейсер , и Араго доставили в форт Розас . Наконец по ходатайству алжирского дея он был освобождён и снова пытался возвратиться в Марсель, но вблизи самой гавани поднялась буря, и корабль Араго прибило волнами к сардинскому берегу, откуда, однако, ему удалось добраться до Алжира. Но прежний дей уже был убит, а новый правитель внёс Араго в список рабов и использовал его как переводчика на судах корсаров . Только в 1809 году, по неоднократному ходатайству французского консула , Араго получил свободу и, наконец, достиг Марселя, едва спасшись от преследования английского фрегата . Несмотря на все приключения, Араго сумел сберечь результаты своих наблюдений, которые он представил в труде «Recueil d’observations géodésiques, astronomiques et physiques». Вскоре после этого, в возрасте всего лишь 23 лет, он был избран в Академию наук на освободившееся место Лаланда и назначен Наполеоном I профессором Политехнической школы.

В 1812 году у него родился сын Франсуа Виктор Эммануэль , будущий дипломат, министр юстиции и министр внутренних дел Франции .

В Политехнической школе Араго преподавал до 1831 года математический анализ в геодезии . Позднее он занимался главным образом астрономией, физикой (в особенности поляризацией света, гальванизмом и магнетизмом), метеорологией и физической географией .

Научные заслуги

Заслуги Араго в различных областях науки огромны. Обладая проницательным умом и необыкновенной наблюдательностью, он вносил новое в каждый из разделов, которым занимался. Так, например, живя уединённо на своих геодезических станциях в Испании, он заметил, что его зрение свободно проникало до морского дна, усеянного подводными камнями, и это простое наблюдение привело его к любопытнейшим исследованиям об отношении света, отражающегося от поверхности воды под острыми углами, к свету, идущему прямо с морского дна. Узнав это отношение, он применил его к открытию подводных камней посредством турмалиновой пластинки, вырезанной параллельно оси двойного преломления.

Араго сделал целый ряд открытий, значительно продвинувших науку вперёд. Самым плодотворным периодом его деятельности было время с 1811 по 1824 годы. В течение этих тринадцати лет Араго:

  1. Открыл поляризацию рассеянного света неба.
  2. Произвёл точные наблюдения над перемещением цветных полос, происходящих от встречи двух лучей, из которых один проходит через тонкую прозрачную пластинку.
  3. Экспериментально подтвердил существование светлого пятна в центре геометрической тени непрозрачного объекта (пятно Пуассона-Араго), что стало одним из решающих доказательств правильности теории дифракции , разработанной Френелем .
  4. Первый заметил, что железные опилки притягиваются проводником электричества в опыте Эрстеда
  5. Первым пропустил электрический ток по спирали со вложенной в неё стрелкой, которая намагничивалась и разряжением лейденской банки , и током Вольтова столба .
  6. Установил связь между полярными сияниями и магнитными бурями.
  7. Находясь в Гринвиче , заметил так называемый магнетизм вращения - действие вращающейся металлические пластинки на магнитную стрелку.

В 1806 году Араго точно измерил парижский меридиан , определённый в 1718 году Жаком Кассини . Этот меридиан являлся до 1884 года нулевым меридианом . Он проходит через Парижскую обсерваторию и обозначен по всему Парижу с помощью столбиков, а также специальных отметок (бронзовых Араго-медальонов в честь знаменитого физика) на мостовых , тротуарах и зданиях, в том числе и на Лувре . Кроме того, Араго опубликовал первую в мировой научной литературе обстоятельную работу о шаровой молнии , обобщив собранные им 30 наблюдений очевидцев, чем положил начало исследованию этого природного явления.

Араго стал первым, кто объявил о создании фотографии , прочитав доклад о работах Дагера и Ньепса 7 января 1839 года на заседании Французской академии наук . Он же способствовал покупке изобретения правительством Франции, сделавшей дагеротипию общественным достоянием . Его имя внесено в список величайших учёных Франции , помещённый на первом этаже

Пусть на пути света от точечного источника помещен непрозрачный экран, который перекрывает центральную часть волнового фронта (рис. 3.15). В этом случае будет закрыта одна или несколько первых зон Френеля.

Расчет интенсивности проводится точно так же, как и при полностью открытом волновом фронте, однако суммирование начинается с первой открытой зоны Френеля. Если закрыто зон Френеля, то результирующая амплитуда в точке , то есть равна половине амплитуды первой открытой зоны Френеля. Если размер экрана невелик, то есть он закрывает малое число зон, то действие первой открытой зоны практически не отличается от действия центральной зоны Френеля, и освещенность в точке будет почти такой же, как в отсутствие экрана. Вследствие симметрии задачи, как и при дифракции на круглом отверстии, центральное светлое пятно будет окружено темными и светлыми кольцами.

Полученный результат на первый взгляд кажется абсурдным, потому что в обычных условиях за препятствием наблюдается минимум интенсивности. Это было использовано Пуассоном в 1818 г. для опровержения теории Френеля. В начале 1817 г. Парижская академия наук выдвинула на премию задачу о дифракции. Подразумевалось, что явление дифракции получит свое объяснение в рамках корпускулярной теории света. Из пяти членов комиссии трое (Пуассон, Био и Лаплас) были убежденными сторонниками корпускулярной теории света, и только Араго придерживался волновой. Пятый член комиссии, Гей-Люссак, не был компетентен в рассматриваемом вопросе, но был известен исключительной честностью.

В 1818 г. Френель представил в Академию в запечатанном конверте «Записку о теории дифракции». В этой записке он описал многочисленные опыты по дифракции, результаты которых объяснял, используя принцип Гюйгенса–Френеля, то есть на основе волновой теории. При обсуждении работы Пуассон заметил, что теория Френеля противоречит здравому смыслу: в самом центре тени, отбрасываемой небольшим диском, должно находиться светлое пятно.

Однако Араго доказал экспериментально существование светлого пятна в центре геометрической тени и показал, что выводы Пуассона соответствуют действительности и лишь подтверждают теорию Френеля. В результате работа Френеля получила заслуженную премию, а волновая теория – всеобщее признание. Светлое пятно в центре тени носит название пятна Араго–Пуассона или просто пятна Пуассона.

Для того чтобы интенсивность в точке Р была достаточной для наблюдения, необходимо, чтобы экран перекрывал одну или небольшое число зон. На рис. 3.16 приведена дифракционная картина, которая наблюдается на экране, расположенном перпендикулярно прямой для дифракции на круглом диске. В центре дифракционной картины всегда будет темное пятно (пятно Араго–Пуассона), окруженное светлыми и темными кольцами.

Пятно Араго - Пуассона (иногда просто пятно Пуассона) - это яркое пятно, возникающее за непрозрачным телом, освещённым направленным пучком света, в его области геометрической тени.

14. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на щели. Дифракционная решетка.

Дифракция Фраунгофера на одной щели

Дифракция Фраунгофера (или дифракция плоских световых волн, или дифракция в параллельных лучах) наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию.

Тип дифракции, при котором дифракционная картина образуется параллельными пучками, называется дифракцией Фраунгофера. Параллельные лучи проявятся, если источник и экран находятся в бесконечности. Практически используется две линзы: в фокусе одной – источник света, а в фокусе другой – экран.

Для наблюдения дифракции Фраунгофера необходимо точечный источник поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину можно исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием.

Пусть монохроматическая волна падает нормально плоскости бесконечно длинной узкой щели (),- длина, b - ширина. Разность хода между лучами 1 и 2 в направ­лении φ

Разобьём волновую поверхность на участке щели МN на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру М щели. Ширина каждой полосы выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна λ/2, т.е. всего на ширине щели уложится зон. Т.к. свет на щель падает нормально, то плоскость щели совпадает с фронтом волны, следовательно, все точки фронта в плоскости щели будут колебаться синфазно.

Амплитуды вторичных волн в плоскости щели будут равны, т.к. выбранные зоны Френеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения.

Число зон Френеля укладывающихся на ширине щели, зависит от угла φ.

Условие минимума при дифракции Френеля:

Если число зон Френеля четное

то в т. Р наблюдается дифракционный минимум.

Условие максимума:

Если число зон Френеля нечетное

то наблюдается дифракционный максимум.

При φ’=0, Δ = 0 в щели укладывается одна зона Френеля и, следо­вательно, в т. Р главный (центральный) максимум нулевого порядка.

Основная часть световой энергии сосредоточена в главном максимуме: m =0:1:2:3...; I=1: 0,047: 0,017: 0,0083... (m -порядок максимума; I- интенсивность).

Сужение щели приводит к уширению главного максимума и уменьшению его яркости (то же и с другими максимумами). При уширении щели (b>λ) максимумы будут ярче, но дифракционные полосы становятся уже, а числе самих полос - больше. При b>> λ центре получается резкое изображение источника света, т.е. имеет место прямолинейное распространение света.

При падении белого света будет разложение на его составляющие. При этом фиолетовый свет будет отклоняться меньше, синий - больше и т.д., красный - максимально. Главный максимум в этой случае будет белого цвета.

Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа N одинаковых по ширине и параллельных друг другу щелей, разделенных непрозрачными промежутками, также одинаковыми по ширине

b -ширина щели;

а - ширина непрозрачного участка;

d = a + b -период или постоянная решетки.

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция. Т.к. щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления φ одинаковы в пределах всей дифракционной решетки.

В направлениях, в которых наблюдается минимум для одной щели, будут минимумы и в случае N щелей, т.е. условие главных минимумов дифракционной решетки будет аналогично условию минимумов для щели:

Условие главных минимумов.

Условие максимумов; те случаи φ, которые удовлетворяют максимумам для одной щели, могут быть либо максимумами, либо минимумами, т.к. всё зависит от разности хода между лучами. Условие главных максимумов:

Эти максимумы будут расположены симметрично относительно центрального (нулевого k = 0) максимума.

Для тех углов φ, для которых одновременно выполняется (2) и (3) максимума не будет, а будет минимум (например, при d =2b для всех четных k =2р, р = 1, 2, 3...). Между главными максимумами имеются дополнительные очень слабые максимумы, интенсивность которых во много раз меньше интенсивности главных максимумов (1/22 интенсивности ближайшего главного максимума). Дополнительных максимумов будет N - 2, где N - число штрихов.

Условие дополнительных максимумов:

Между главными максимума будут располагаться (N-1) дополнительных минимумов.

Условие дополнительных минимумов:

Таким образом, дифракционная картина, при дифракции на дифракционной решетке зависит от N и от отношения d/b.

Пусть N =5,d/b =4. Тогда число главных максимумов(sin φ =1) k max Таким образом, дифракционная картина при дифракции на дифракционной решетке будет иметь вид:

Если решетку освещать монохроматическим белым светом, то будет картина, показанная на рис. Если освещать белым светом, то все максимумы, кроме центрального (k = 0) разложатся в спектр - совокупность составляющих цветов, причем фиолетовые линии будут ближе к центру, а красные дальше (т.к. λ ф

КРАСКИ РЕРИХА

В 1926 году в редакцию журнала "Мироведение" поступило письмо от заведующего метеорологическим бюро Кубано-Черноморского краевого института Л. Апостолова. В нем говорилось:
"В № 1 "Мироведения" за 1925 год напечатана заметка А. В. Вознесенского о метеорите, упавшем 30 июня 1908 г. в окрестностях р. Подкаменная Тунгуска (в Сибири), у меня появилась мысль о близкой связи этого явления с явлением белой ночи, наблюдавшейся мною в г. Ставрполе-Кавказском 17 (30) июня 1908 года, т. е. в тот же самый день, когда метеорит упал в Сибири. Ставрополь-Кавказский находится на широте 45°, и 30 июня заря там совершенно потухает в 9 часов 15 минут вечера, а потому в это время становится уже совершенно темно. Готовясь к очередному метеорологическому наблюдению в 9 часов вечера, я был очень удивлен, что на дворе совершенно светло и заря настолько яркая, что не потребовалось даже фонаря для наблюдений... Было уже 10 часов вечера, но по яркости зари уже ясно было, что заря не потухнет целую ночь и мы будем свидетелями небывалого явления - белой ночи под широтой 45° спустя девять дней после летнего солнцестояния. В 11 часов появились наконец, некоторые яркие звезды..."
Неудивительно, что описание редкого явления, сделанное профессиональным наблюдателем, было опубликовано. Удивительно другое - то, что редактор журнала не усомнился в высказанном предположении о том, что "белая ночь" на Северном Кавказе как-то связана с метеоритом, упавшим в бассейне Подменной Тунгуски, на расстоянии более 4000 км от наблюдателя! Казалось бы, это был тот случай, о котором можно сказать, что самая смелая фантазия должна все же считаться со здравым смыслом...
Тем не менее, фантастическая мысль Л. Апостолова оказалась совершенно правильной. Необычные световые явления наблюдались в течение трех ночей, на территории от Енисея до восточного берега Атлан-тического океана.
Необычную ночь над Европой наблюдали и исследователи-астрономы, и метеорологи. Среди них были очень авторитетные ученые: Макс Вольф, наблюдавший аномальное явление в Гейдельберге, Феликс де Руа- в Антверпене, Э. Эсклангон - в Бордо.
В России наблюдателями этого явления были молодые исследователи Фесенков и Полканов, ставшие впоследствии академиками. Ночь исчезла, свет проби-вался даже через тучи. Вот что видел А. А. Полканов, находясь недалеко от Костромы:
"Небо покрыто густым слоем туч, льет дождъ, и в то же время необыкновенно светло. Уже 11час. 30 мин. ночи, а все так же светло, в 12 часов то же, в первом часу так же. Настолько светло, что на открытом месте можно довольно свободно прочестъ мелкий шрифт газеты. Луны не должно быть, а тучи освещены каким-то желто-зеленым, иногда переходящим в розовый, светом. В первый раз довелось видеть такое явление ".
На необыкновенно светлую ночь обратили внимание ученые даже стран севера Европы, где в июне стоят белые ночи: в Швеции, Шотландии. Были сделаны фотографии неба и ландшафтов в Гринвиче, Стокгольме, Гамбурге, в Тамбовской и Орловской губерниях России. Напомним, что в начале века фотография делала только свои первые шаги, светочувствительность фотопластинок была несравнимо ниже, чем у современных негативных материалов. Тем не менее, фотоснимок в Гринвиче потребовал выдержки длительностью только 15 минут, а в Шотландии - всего полторы минуты.
Самые восточные наблюдения были сделаны в Красноярске и Енисейске. Газета "Красноярец" сообщала (даты по старому стилю):
"В Красноярске в первых числах июня наблюдались чрезвычайно высокие облака, в особенности 14 и 17 числа. Они были окрашены в розовый цвет и виднелись очень поздно, что указывает на их высокое положение в атмосфере, 14 числа их можно было видеть в 11 1/2 часов вечера, но самые ясные 17 числа, когда нижние темные кучевые облака в разорванном виде быстро неслись на запад, окрашенные же в розовый цвет длинной полосой оставались неподвижными. Такое явление продлилось до половины первого ночи ".
О светой ночи в Енисейске мы знаем по сообщению О.Е. Олфинской, которая в письме Кулику от 26 декабря 1927 года описывала ее так:
"В эту пору года (30 июня) двенадцатый час является здесь (в Енисейске) наиболее темным временем суток. Тем не менее, на улице было так необычайно светло, что я была поражена этим. Это явление обратило на себя внимание и других обывателей ".
Олфинская писала далее, что, пробыв на улице около часа, она не заметила наступления темноты, и вскоре стало светать.

КЮТ за работой
Фото 1979 г

Создается впечатление, что световые явления в центре Европы были ярче, разнообразнее и необычнее, чем в Красноярском крае. Впрочем, утверждать наверняка это трудно, так как судить о явлении мы можем только по описаниям очевидцев, а эти описания зависят и от профессии, и от характера человека, и даже от его настроения.
Русский геофизик А. М. Шенрок, собравший и проанализировавший все первые сообщения о необычном свечении неба в июне-июле 1908 года, в статье, опубликованной в том же году, отметил:
"Вид сияния описывался наблюдателями различно. Величина его определяется по большей части в ши-рину - около четверти горизонта, а кверху оно распро-странялось в некоторых случаях до зенита. Цвет его описывался различно. Более всего встречаются указания, что сияние было оранжевого или красноватого цвета.

В. И. Кириченко (слева) и Антон Колонин в экспедиции. Сортировка проб
Фото 1979 г

Вообще, многие наблюдатели говорят, что оно напоминало зарево большого пожара, но есть также указания, что оно было или однородно бледного цвета, или с зеленоватым оттенком. Наконец, некоторые наблюдатели пишут, что оно напоминало северное сияние, а в отдельных случаях это явление прямо описывается, как северное сияние ".

Одно из лучших описаний аномальных ночей 1908 года сделано немецким астрономом М. Вольфом, сделавшим большой вклад в изучение солнечных пятен. Он описывает необычные облачка, по форме похожие на вымпелы, имевшие структуру в виде тонких темных параллельных линий. Окраска их была буроватой, длина колебалась от 2 до 7°, скорость их движения с востока на запад была определена как один градус в минуту. Окраска светящейся вуали, покрывавшей небо, на севере имела цвет от серно-желтой до зеленоватой и напоминала ту, которая окрашивает цвет пламени горелки при внесении в него кристаллов хлористого натрия.
Хотя середина области свечения на горизонте почти всю ночь была в северной стороне неба, однако и за зенитом небо было освещено вплоть до южного горизонта. В полночь только звезды Альфа и Бета Большой Медведицы и Капеллы хорошо распознавались невооруженным взглядом.
Наблюдатель де Веер из Гарлема в Нидерландах описывал необычные облака иначе. Еще до захода солнца в 19 часов по местному времени он заметил на северо-востоке образования, подобные волнам, но не являющиеся истинными облаками. Впечатление было такое, что будто голубое небо было само по себе волнистым. Эти волны были направлены с юга-востока на северо-запад.
Анализ оптико-атмосферных аномалий, проведенный по материалам, содержащимся в научных журналах, а также в газетах 1908 года, в письмах очевидцев, привел И. Т. Зоткина и Н. В. Васильева к следующей классификации наблюдавшихся явлений. Во-первых, на огромной территории Евразии - от Енисея до западного берега Ирландии - резко усилилось собственное свечение ночного неба. Во-вторых, на этой же территории во многих местах наблюдались ночью светящиеся облака, по многим признакам похожие на так называемые серебристые (или мезосферные) облака. Природа серебристых облаков до сих пор окончательно не установлена. Это редкое явление природы, которое связано, по-видимому, с проникновением в стратосферу космической пыли и определенными погодными условиями. Ни раньше, ни позже не наблюдалось такого небывалого по масштабам и одновременности развития серебристых облаков.
В-третьих, в Европе наблюдатели отметили появление необычно ярких зорь. Эти зори во многих местах длились всю ночь, вплоть до восхода Солнца. Наблюдатель Медведев из Воронежа подчеркивал такую их особенность: постепенного перехода тонов одного в другой, какой наблюдается при обычных закатах, не было. Такую особенность, как резкий переход цветов зари, отмечают космонавты, наблюдающие закат и восход Солнца на орбите, сравнивая это явление с изображением зари на гималайских пейзажах Н. Рериха.
В-четвертых, наблюдался ряд аномалий дневного или сумеречного неба. На них обратил внимание Н. В. Васильев. Это изменение поляризационных свойств атмосферы, которое было зарегистрировано приборами нескольких наблюдателей в Западной Европе, кратковременно - слабое - помутнение неба, отмеченное в Париже актинометром, появление днем редких перламутровых облаков, наблюдавшихся профессором Моном в Осло, появление световых кругов вокруг Солнца, которое можно распределить по известным метеорологам видам: гало, венцы, кольцо Бишопа.
Директор Трептовской обсерватории Ф. Архенхольд днем 30 июня осматривал строительство нового здания обсерватории. То, что он увидел сквозь оконные проемы и недостроенную крышу, удивило его: он никогда не видел неба такой необычной синевы, ни в Германии, ни в Италии. Единственно, с чем он мог сравнить этот необычный синий цвет, была картина Беклина "Поля блаженных". Другой очевидец, из Берлина - Эндрюс тоже сравнивает цвет неба в этот день с красками художников - кобальтом или ультрамарином. Астрономы М. Вольф и Р. Зюринг в других городах Германии также наблюдали "глубоко-синий" цвет неба.

ЗАГАДКА ТОЧКИ АРАГО

Ориентация световых волн, испускаемых Солнцем, в среднем хаотична. Однако солнечный свет, пройдя через атмосферу Земли, становится частично упорядоченным -поляризованным. Положение плоскости поляризации световых волн можно определить с помощью оптического прибора - полярископа В начале века исследователи пользовались несложными самодельными полярископами. Например, полярископ Савара представлял собой комбинацию призмы с кварцевыми пластинками. В таком полярископе поляризованный свет вызывает появление интерференционных полос. Если в объектив полярископа попадает неполяризованный свет, то полосы не наблюдаются. Таким образом, с помощью полярископа можно отличить поляризованный свет от "естественного", т. е. хаотично ориентированного. Человеческий глаз не обладает этим свойством, и синева неба представляется нам довольно однообразной. Пчелы видят гораздо более сложную картину небосвода-их зрение отличает поляризованный свет от неполяризованного.
Если повернуться лицом к Солнцу и рассматривать в полярископ небо в плоскости, проходящей через центр солнечного диска и наш зрачок, можно увидеть, что плоскость поляризации расположена по-разному около Солнца и, например, в зените. Около Солнца плоскость поляризации света, идущего от небосвода, составляет угол больше 45°. Такую поляризацию условились называть отрицательной. Ближе к зениту угол плоскости поляризации с вертикалью оказывается меньше 45° - тогда поляризацию называют положительной. Область положительной поляризации от области отрицательной поляризации отделяется нейтральной точкой- небольшим пятнышком на небосводе, от которого идет неполяризованный свет.
Нейтральная точка над Солнцем называется точкой Бабине. Есть еще одна нейтральная точка - точка Араго. Ее можно видеть на небе, когда Солнце подойдет к горизонту. Точка Араго всходит над "антисолнцем"-т.е. над воображаемым "антиподом" центра солнечного диска. Если наблюдатель смотрит на заходящий диск Солнца, то точка Араго находится у него за спиной. Когда Солнце стоит достаточно высоко на небе, точка Араго опускается под горизонт.
Нейтральные точки как бы связаны с Солнцем -они сопровождают его движение по небу. Но связь их с Солнцем как бы "нежесткая" - они выписывают с течением времени сложную траекторию. При заходе Солнца точка Араго сначала приближается к солнечному диску, вскоре после заката начинает удаляться, выписывая кривую с минимумом.
Ф. Буш в июне 1908 года проводил каждый вечер регистрацию высоты нейтральных точек над горизонтом в Арнсберге. Разумеется, только в те дни, когда горизонт не был закрыт облаками. Им были опубликованы (в 1911 году, в трудах государственной физической лаборатории в Гамбурге) таблицы этих наблюдений за 2, 3, 5 января, 25 марта, 18 мая, 24,25,28 и 29 июня, 1, 22, 25 июля, 7 сентября.
Ход нейтральных точек 29 июня был обычным. В самый интересный день - 30 июня - измерений высот нейтральных точек, по-видимому, не было. Хотя Буш наблюдал аномальное свечение и серебристые облака в этот день и даже с помощью своего полярископа установил, что светящиеся облака имели сильную отрицательную поляризацию. Может быть, яркое сияние небосвода не позволило найти нейтральные точки?

Рис. 31. Расположение нейтральных точек на небосводе (масштаб не соблюден). 0 -точка наблюдения: GG - линия горизонта; С - направление на центр солнечного диска, находящегося на схеме под горизонтом; С" -направление на антисолнечную точку; А - направление на точку Араго; В - направление на точку Бабине

Об этом Буш ничего не говорит. Но результаты его измерений 1 июля крайне необычны. Пока Солнце было над горизонтом, ход точки Араго был обычным, впрочем, повышенные значения ее угловых расстояний указывали на заметное запыление атмосферы. Но когда Солнце ушло под горизонт, точка Араго вдруг повела себя более чем странно: увеличив свою высоту с 21° до 21,5°, она вдруг "нарушила закон природы". В самом деле, Солнце опускалось под горизонт на 2°, 3°, 5°, и все это время точка Араго стояла над горизонтом, "как вкопанная", - прибор фиксировал, что она сдвигалась не более, чем на 0,1˚. Наконец, при глубине погружения Солнца под горизонт на 5,5° нейтральная точка "дрогнула" и увеличила свою высоту примерно на 0,5°, как бы "вспомнив" о "правилах поведения". Следующее измерение было сделано, когда Солнце ушло под горизонт на 7,5°. Оказывается, к этому моменту точка Араго "скатилась вниз": вместо того, чтобы подниматься от достигнутого уровня 22°, она оказалась на высоте 18°. Далее Буш прекратил наблюдения, вероятно, будучи в полном недоумении от творящегося на небе беспорядка...

Рис. 32. Поляриметрическая аномалия Ф. Буша, зарегистрированная 1 июля 1908 года в г. Арнсберге. Вечерний ход точки Араго в зависимости от положения Солнца: А - высота точки Араго в градусах над антисолнечной точкой; С - высота Солнца над горизонтом в градусах (отрицательные значения относятся к положению Солнца под горизонтом); 1 -среднегодовой ход точки Араго: 2 - аномальный ход точки Араго 1 июля 1908 года

Действительно, с поляризацией в атмосфере творилось что-то очень странное. Можно было бы сказать, что для нейтральной точки Араго 1 июля 1908 года в Арнсберге Солнце на какое-то время остановилось! Можно сказать по-другому - свет Солнца был заменен каким-то другим источником света, более "организованным". Был ли это свет, рассеянный космической пылью? Свет серебристых облаков? Об этом можно лишь строить догадки. Научного ответа на вопрос о природе поляриметрической аномалии Буша нет. Теория нейтральных точек ныне - заброшенный участок обширного поля атмосферной оптики. Давно прекращены и регулярные наблюдения за поляризацией небосвода, за поведением нейтральных точек. Поэтому информация о состоянии атмосферы летом 1908 года, записанная полярископом учителя гимназии Ф. Буша, лежит без применения, скрывая еще одну тайну странного события.

ХВОСТ КОМЕТЫ

В 1964 году академик В. Г. Фесенков писал: "Совершенно ясно, что приписывать чисто тропосферные явления, как, например, изменения поляризации и экстинкции взрыву Тунгусского метеорита в самый день 30 июня 1908 года нет никаких оснований". Эта точка зрения была обоснована исходной позицией: Тунгусский метеорит мог быть только кометой!
В статье В. Г. Фесенкова, опубликованной в 1961 году, приводились следующие аргументы в пользу эффекта кометного хвоста:
"В полночь 30 июня для Ташкента в зените высота атмосферных слоев, еще освещаемых непосредственно солнечными лучами, составляет около 600 км. На этой высоте обычная метеорная материя никогда не наблюдается - она спускается несравненно ниже. Эти световые явления не могли быть обусловлены продуктами взрыва самого ядра кометы, происшедшего в нижних слоях атмосферы, уже недалеко от земной поверхности ".
Фесенков подробно обосновал невозможность связать свечение неба с продуктами взрыва ядра кометы. Действительно, с высоты порядка 10 километров эти продукты не могли бы подняться на высоту в несколько сот километров, которая была необходима для их освещения прямыми лучами Солнца. Даже если допустить возможность их подъема на эту высоту, то они не имели бы той скорости, которая нужна для ионизации атомов и возбуждения свечения неба. Чтобы объяснить действием этих продуктов свечение над Европой, нужно предположить, что они за двадцать часов прошли 7000 километров в западном направлении. В действительности пыль, которую зарегистрировали в Калифорнии, дрейфовала в течение двух недель.
В 1961 году Фесенков считал, что наличие эффекта свечения неба на огромных пространствах на запад от Солнца является доказательством кометной природы Тунгусского метеорита, так как кометный хвост отклоняется в сторону, противоположную Солнцу. Однако в обзоре 1966 года в "Астрономическом журнале" он формулировал выводы более осторожно:
"...Свечение произведено пылевым облаком, проникшим в верхние слои атмосферы одновременно с Тунгусским метеоритом ".
Фесенков признавал, что причиной быстрого исчезновения аномальных светлых ночей не может быть обычное оседание мелкой пыли. Об этом говорят, например, такие хорошо установленные факты, как длительное время оседания в тропосферу вещества обычных метеоров с высоты 90 километров - обычно этот процесс длится не менее месяца. Поэтому наиболее простой причиной исчезновения светлых ночей Фесенков предлагал считать быстрый разнос пыли на большие расстояния вихревыми движениями в высоких слоях атмосферы.
Из такого объяснения следовало, что частицы кометного хвоста не могли вызвать появления серебристых облаков, которые формируются всегда на высотах 80 - 82 километра, и тем более - зоревых эффектов, ответственными за которые считаются слои атмосферы на высотах 40-50 километров. Поэтому В. Г. Фесенков считал, что эти аномалии не связаны с Тунгусской кометой, они просто случайно совпали во времени с ее вторжением.
В 1965 году издательство "Наука" издало книгу, написанную томскими участниками КСЭ, "Ночные светящиеся облака и оптические аномалии, связанные с падением Тунгусского метеорита". В ней был собран большой материал, накопившийся в результате ответов зарубежных обсерваторий, просмотра научных журналов, газет и личных архивов 1908 года. Анализ оптико-атмосферных аномалий сопровождался сопоставлением с метеорологической, геомагнитной, гелиофизической ситуацией в дни накануне и после катастрофы. В этой книге впервые был подробно проанализирован поляриметрический сдвиг точек Араго и Бабине и другие аномалии атмосферной поляризации тех лет. Тщательно изучив имевшийся материал по светящимся облакам, световым аномалиям и сравнив данные с мнениями ученых, изучавших эти явления в 1908 году, Васильев пришел к выводу, что эти аномалии охватывали всю толщу атмосферы Земли и представляли собой единый территориально-временной комплекс, рассекать который на части нет никаких оснований.
В обзоре 1966 года Фесенков уже вводил некоторые поправки в свою теорию. Так, он, например, уже писал: "Более крупные частицы из следа болида могли усилить явление серебристых облаков ". А в статье, опубликованной в "Метеоритике" в 1968 году, он сделал новую поправку: "Хотя аномально светлые ночи 30 июня - 1 июля 1908 года не могли сказаться на оптических свойствах нижних атмосферных слоев и даже не могли быть связаны с серебристыми облаками, распыление основной массы Тунгусского метеорита, произведшее значительную экстинкцию во всем Северном полушарии, должно было, конечно, сказаться на поляризации дневного неба, произвести аномальные зори и аналогичные явления ".
Простая и, на первый взгляд, очевидная модель кометного хвоста, отклоненного лучами Солнца к западу от места падения Тунгусского метеорита, при более внимательном ее изучении оказывалась не такой уж очевидной.
В 1961 году в "Астрономическом журнале" В. Г. Фесенков, анализируя расположение Солнца, Земли и Тунгусской кометы, пришел к заключению:
"Если облако тонкой космической пыли влетело одновременно с метеоритом в земную атмосферу и было ориентировано в направлении, противоположном Солнцу, то оно могло проникнуть в пределы земной атмосферы только на обращенном к нему полушарии Земли, независимо от направления движения самого метеорита. Если появление аномально светлых ночей связывать с Тунгусским метеоритом, то начало их следует ожидать на их крайней западной границе (США) уже после полуночи в ночь с 29 на 30 июня 1908 года, где в момент падения была ночь, в отличие от более восточных областей, земного шара ".
В обзоре 1966 года Фесенков указывает, что область проникновения кометной пыли в атмосферу Земли должна охватывать то полушарие Земли, над центром которого находился радиант кометы на небесной сфере. Оказалось, что граница этой области "проходит при всех возможных предположениях о видимом направлении движения метеорита через Северную Америку, разные области Южного полушария, а на Западе достигает лишь Каспийского моря и, в крайнем случае, Кавказа. Западная Европа остается вне пределов досягаемости ".
Вопреки этим выводам сейчас можно твердо говорить о том, что ни в Канаде, ни в США, ни в Индии, ни в Южной Америке не было световых аномалий. Наиболее яркими они были как раз в Центральной и Западной Европе, и начались они там в ночь с 30 июня на 1 июля. Поэтому Фесенков ставил вопрос о причине "запоздания светлых ночей в Западной Европе".
Вот какое объяснение предлагалось для этой задачи в итоговом обзоре 1966 года. "Облако космических частиц было непосредственно связано с ядром Тунгусской кометы и было направлено в сторону, противоположную Солнцу... Кометный хвост занимал небольшой объем, и его частицы не могли попасть в Южное полушарие ".
Подчеркнем, что только очень мелкие частицы пыли (меньше одного микрона) могут отбрасываться в космическом пространстве лучами Солнца. Но даже они не были бы отброшены далее Волги. Почему же тогда на следующие сутки они появились дальше, вплоть до берега Атлантики? Что заставляло двигаться в том же направлении крупные частицы, которые смогли опуститься ниже стратосферы и вызвать появление серебристых облаков и зоревых аномалий? И почему граница свечения проходила по берегу Ирландии (в Испании и Алжире аномалий не заметили). По просьбе Фесенкова королевский астроном Великобритании профессор В. Вилли провел обследование судовых журналов английского флота, находившегося в июне 1908 года в Атлантическом океане. Оказалось, что в них не отмечено ничего необычного. В США была распространена специальная анкета. Результат тоже был отрицательным. Граница свечения неба проходила но западным берегам Ирландии и Франции.
В.Г. Фесенков дал следующее описание возможной картины тех явлений, которые происходили в день Тунгусской катастрофы (не забудем, что к западу от Урала в час вторжения Тунгусского тела была еще ночь):
"Через высокие слои частицы прошли насквозь и ушли в межпланетное пространство. Лишь некоторый слой верхней атмосферы оказался загрязненным частицами. Попавшие в более низкие слои частицы полностью задержались и остались в пределах "прямой видимости ", т. е. на полушарии от США до Каспия.
В промежуточных слоях, высоту которых можно определить вычислениями, частицы задерживались и затем были отнесены к западу. Дополнительной причиной, обусловившей перенос пылевых частиц в западном направлении, были, по-видимому, систематические западные ветры, особенно сильные на б ольших высотах ". Мы видим, что "смещение хвоста кометы на запад" постепенно становится ненужным; приходилось вводить новые причины: стратосферные ветры, рассеяние пыли вихрями. Простейший вариант кометной гипотезы "буксовал", когда нужно было объяснять подробности явления.
Н. В. Васильев еще в 1965 году обратил внимание на еще один эффект, который также требовал усложнения теории явления оптико-атмосферного возмущения. Светлая ночь, последовавшая после вторжения Тунгусского метеорита, имела своих "предвестников"!
Анализ научной литературы 1908 года показал, что необычные сумерки, яркие зори и светящиеся облака наблюдались в ряде пунктов Европы и, возможно, Сибири, уже с 21 июня. Сначала эти явления наблюдались в отдельных пунктах и не привлекали внимания населения, их отмечали лишь наблюдатели станций. Начиная с 27 июня число таких наблюдений стало возрастать, что явилось, как считал Васильев, своеобразной прелюдией перед днем вторжения Тунгусского болида. Вот что говорит об этом статистика. До 27 июня число сообщений об атмосферных аномалиях колебалось от одного до четырех, 28 июня - шесть, 29 июня - девять, 30 июня - свыше ста, 1 июля - сорок три, 2 июля - двенадцать, 3 июля - четыре сообщения. Эти данные приведены по томской картотеке, которая не была, конечно, полной.
Возражая против того, чтобы связывать аномалии до 30 июня с Тунгусским явлением, академик Фесенков писал:
"Тунгусский метеорит был, несомненно, космическим телом. Он не мог оказывать влияния на Землю до падения, находясь еще в космическом пространстве. Следовательно, с ним могут быть связаны только те световые явления, которые произошли одновременно с падением или после него, но никак не раньше".
Аномалии предшествующих дней могли быть связаны с обычными случайными колебаниями нормального свечения ночного неба. Кроме того, на конец июня - начало июля приходится ежегодный максимум вероятности появления серебристых облаков.
Васильев, обсуждая вопрос о "предвестниках" светлой ночи 30 июня, напоминал, что Кулик считал 30 июня не началом, а пиком оптических явлений лета 1908 года. Кроме того, у многих ученых, описавших аномалии "по горячему следу", не возникало сомнения в том, что начало аномального периода относится к двадцатым числам июня 1908 года. Конечно, можно было бы сказать, что поскольку они ничего не знали о падении в Сибири Тунгусского метеорита, то им было трудно разделить эффект и его фон. Но и это возражение не совсем верно. Французский астроном Феликс де Руа в 1908 году высказал в журнале "Газет астрономик" предположение, что светлые ночи конца июня - начала июля 1908 года были вызваны прохождением Земли через облако космической пыли. Центр конденсации облака был пересечен 30 июня. Датский наблюдатель Торвальд Кооль 4 июля 1908 года высказал догадку: "Не появлялся ли в последнее время в Дании или где-нибудь в другом месте очень большой метеорит?"
Работа в архивах по изучению геофизических аномалий 1908 года не прекращалась в течение всего века. Можно отметить два наиболее крупных результата, полученные в последние годы уходящего века. В 1990 году в "Астрономическом вестнике" была опубликована капитальная работа В.А. Бронштэна, посвященная детальному анализу оптико-атмосферных аномалий лета 1908 года. Автор сумел построить стройную модель развития необычного сценария световых эффектов и появления серебристых облаков над Евразией после вторжения Тунгусского тела, не прибегая к новым гипотезам. По его теории, сложный комплекс редких явлений был порожден облаком пыли, сопровождавшем Тунгусскую комету. Многие особенности феномена можно понять, если рассмотреть очень плоский слой пылевой материи, проникший в верхние слои земной атмосферы. Несомненно, профессионально выполненная работа известного специалиста по метеорной физике явилась успехом кометного направления в изучении Тунгусской проблемы.
Второй результат связан с обнаружением забытых наблюдений полярных исследователей. Н.В. Васильев, изучая еще в 70-х годах старую книгу об экспедиции знаменитого исследователя Антарктиды Эрнеста Шеклтона, обратил внимание на описание эффектного полярного сияния вблизи 60 градуса южной широты. В книге утверждалось, что впечатляющее явление произошло 30 июня 1908 года. В соседние дни похожих явлений не наблюдали. Сообщением Васильева об этих результатах заинтересовались австралийские астрономы Дункан Стил и Ричард Фергюсон, которые сумели найти подлинные дневники Британской Антарктической Экспедиции 1908 года. В 1993 году в австралийском астрономическом журнале была напечатана большая статья этих ученых. Она подтверждала факт наблюдения полярного сияния в день Тунгусского взрыва со следующими уточнениями. Во-первых, это сияние было зарегистрировано наблюдателями экспедиции за 6-7 часов до взрыва в далекой Сибири. Авторы пытались обосновать возможную связь этого явления с ионизированным хвостом Тунгусской кометы, которая в это время приближалась к Земле. Конечно, у них не было доказательств справедливости этой гипотезы, но она была вероятной с точки зрения близкого совпадения во времени двух редких и ярких явлений. Во-вторых, изучение дневников показало, что некие - более слабые - свечения наблюдались и в течение примерно двух часов сразу после взрыва Тунгусского объекта. Следующие десять часов не наблюдалось каких-либо свечений. С точки зрения теории геомагнитной бури, опубликованной Золотовым, в антарктических широтах, симметричных сибирской магнитной широте, на магнитном меридиане взрыва Тунгусского тела, должно было наблюдаться "искусственное полярное сияние", как это имело место при взрывах ядерных бомб. Захваченные магнитным полем заряды плазмы взрыва могли дрейфовать только в этот район. Конечно, сияние на высоте сто километров могли наблюдать и на соседних меридианах. Научный анализ этой вполне возможной ситуации пока никем не проведен.

НЕЙТРАЛЬНЫЕ ТОЧКИ. Небольшие участки небесного свода, в направлении которых рассеянный солнечный свет неполяризован. В идеальной релеевской атмосфере таких точек было бы две: совпадающая с солнечным диском и диаметрально ему противоположная (антисолярная). Вследствие многократного рассеяния и рассеяния на крупных частичках в действительной атмосфере обнаруживается три Н. Т. в вертикальной плоскости, проходящей через зенит наблюдателя и солнце. Это: 1) точка Араго, расположенная в среднем на 15° выше ан-тисолярной точки; 2) точка Бабинэ- на 15° выше солнечного диска; 3) точка Брюстера - на 15° ниже солнечного диска. По мере приближения солнца к горизонту расстояние точки Араго от антисолярной точки постепенно уменьшается, а расстояния точек Бабинэ и Брюстера от солнца постепенно увеличиваются. При солнце в зените точки Бабинэ и Брюстера сливаются с ним. С возрастанием мутности воздуха расстояния Н. Т. от солнца или от антисолярной точки растут. См. поляризация рассеянного света.[ ...]

В нейтральной или слабокислой среде образование Ре(ОН)2 невозможно; вместо него образуются различные гидроксикомплек-сы Ре(II) и комплексы с другими анионами, имеющимися в растворе. Эти анионы отражают характер окружающей среды, в которую помещен металл, например, ионы хлора в морской воде или сульфат-ионы в атмосфере пормышленных районов.[ ...]

Состояние атмосферы в основной серии экспериментов полагалось нейтральным - класс устойчивости по Паскуиллу - D, скорость ветра в свободной атмосфере на высоте Юм - и - 10 м/с. Температура окружающей атмосферы -288 К, поверхности земли - 287 К, относительная влажность воздуха - 0,66.[ ...]

Загрязнение атмосферы соединениями серной и азотной кислот с последующим выпадением осадков называется кислотными дождями. Кислотные дожди образуются в результате выброса в атмосферу оксидов серы и азота предприятиями топливно-энергетического комплекса, автотранспортом, а также химическими и металлургическими заводами. При анализе состава кислотного дождя основное внимание обращается на содержание катионов водорода, определяющих его кислотность (pH). Для чистой воды pH = 7, что соответствует нейтральной реакции. Растворы с pH ниже 7 считаются кислыми, выше - щелочными. Весь диапазон кислотности-щелочности охватывается значениями pH от 0 до 14. Примерно две трети кислотных дождей вызываются диоксидом серы. Оставшаяся треть обусловлена в основном оксидами азота, которые также служат одной из причин парникового эффекта и входят в состав городского смога.[ ...]

Число ионов в атмосфере, несмотря на непрерывное действие ионизатора, не может увеличиваться беспредельно. Часть ионов вследствие различных причин теряется и их количество в единице объема воздуха приближается к постоянному значению. Ему соответствует установление некоторого стационарного режима, когда число вновь образовавшихся ионов оказывается равным числу исчезающих. Основной причиной их исчезновения является процесс воссоединения попарно ионов противоположных знаков, т.е. их рекомбинация. Поскольку каждый ион имеет лишь один элементарный заряд, объединение положительно и отрицательно заряженных ионов ведет к образованию нейтрального комплекса.[ ...]

Известно, что в нейтральной среде содержание ионов водорода (Н+) соответствует pH = 7. Кислотными осадками называют дожди, туманы, снег, которые имеют pH [ ...]

Если градиент в атмосфере примерно равен Г (рис. 1.8, б), то "ячейка" воздуха при любых перемещениях будет иметь такую же температуру, как и окружающий ее воздух. При такой безразличной (или нейтральной) устойчивости дальнейшее самопроизвольное перемещение "ячейки" не произойдет. В том случае, когда градиент воздуха меньше величины Г, атмосферу называют подадиабатической или слабоустойчивой. Поведение "ячейки", случайным образом смещенной в вертикальном направлении, в этом варианте характеризуется стремлением вернуться в первоначальное расположение.[ ...]

Ионы образуются в атмосфере под влиянием внешних воздействий, при отрыве от нейтральных молекул электронов. Остающиеся части молекул, потерявшие электрон, образуют положительные ионы. Свободные электроны, присоединяясь к нейтральным молекулам, образуют с ними отрицательные ионы.[ ...]

Кроме относительно нейтральных примесей, таких как азот, углекислый газ, отходящие газы могут иметь высокое содержание кислорода, озона, окислов азота и серы, соединений хлора, фтора и т. д. Присутствие их в окружающей атмосфере вредно отражается на здоровье, оказывает корродирующее действие на аппаратуру, угнетает растительность. Большое значение имеет очистка газов от окиси углерода, паров органических растворителей. В условиях крупномасштабного производства возникает необходимость улавливания даже углекислого газа.[ ...]

Хорошо известно, что атмосфера иногда бывает устойчивой, иногда неустойчивой, а иногда - ни той, ни другой. В последнем случае говорят, что атмосфера нейтральна. В устойчивой атмосфере некоторый объем воздуха, получивший смещение из своего исходного положения по высоте, стремится вернуться обратно. Причиной начального смещения может послужить, например, турбулентность, о которой мы упоминали выше.[ ...]

Распространяющиеся в атмосфере вещества естественного происхождения, возникшие в результате биологических процессов, лесных пожаров, опустынивания, вулканической деятельности, переноса морской соли, могут быть кислотными, щелочными или нейтральными. Антропогенное воздействие существенно меняет не только соотношение кислот и щелочей в осадках, но и роль различных соединений в процессе закисления осадков.[ ...]

Поглощение радиации в атмосфере пылью и дымами носит в основном неселективный (нейтральный) характер. В этом случае энергетическая яркость источника излучения не меняет своей относительной спектральной плотности, т.е. качественного состава, и относительный вклад всех спектральных интервалов в интегральное значение энергии по всему спектру остается прежним, уменьшается лишь энергетическая яркость всего излучения.[ ...]

В книге изложена химия нейтральных, заряженных и возбужденных частиц в атмосфере. Большое внимание уделено кинетике процессов и лабораторным исследованиям типичных реакций с участием метастабильных частиц. Рассмотрены также основные процессы, связанные с загрязняющими примесями.[ ...]

Наряду с моделированием нейтральной стратификации, что осуществлено в приведенных экспериментах, важно научиться создавать и другие типичные стратификации атмосферы, так как значения максимальных концентраций при разных вариантах состояний атмосферы будут существенно различными.[ ...]

При определении оксидантов нейтральным иодидным методом очень сильно мешают часто присутствующие в атмосфере сернистый газ и сероводород. При этом занижающее действие 1 моля Э02 эквивалентно действию 1 моля 03. Первоначально для предварительного поглощения сернистого газа использовали раствор КМп04 в серной кислоте . Позже был предложен более эффективный фильтр, представляющий собой стекловолокнистую бумагу, пропитанную сернокислым раствором Сг03 . Хотя по данным авторов влажность воздуха не влияет на эффективность фильтра, это влияние, по-видимому, все же весьма существенно . Кроме того, наблюдается частичное окисление на фильтре окиси азота до двуокиси, которая завышает результаты анализа. Для исключения влияния окислов азота авторы работы заменили стекловолокнистую бумагу силикагелем. Однако при этом возросло влияние влажности воздуха на эффективность фильтра. Таким образом, проблему устранения мешающего действия сернистых соединений решить до конца не удалось. Несмотря на это, защитные фильтры нашли широкое распространение в США .[ ...]

Поскольку состояние устойчивости атмосферы, по существу, определяется интенсивностью вертикальных конвективных течений, оно может существенно изменяться даже в течение суток. Характерное распределение стабильности атмосферы в течение дня (для средних широт) представлено на рис. 3 для различных времен года. Как видно, распределение состояний устойчивости атмосферы в “холодное” и ‘"теплое” время года весьма отличаются. Так, в “холодное” время года доминируют нейтральное и стабильное состояние атмосферы, а в “теплое” время года: ночью - стабильное, а днем - неустойчивое (табл. 1).[ ...]

Существует довольно много моделей атмосферы, одна из которых приведена на рис. 12.2. Многие организации, университеты создавали свои модели атмосферы, часть из них принята за стандарты при ряде технических расчетов. Пример стандартной модели атмосферы СССР приведен на рис. 12.3. Такие оцифрованные модели достаточно хорошо передают «усредненную» вертикальную структуру атмосферы, в частности температурный ход, вертикальный профиль давления и плотности. Сложнее обстоит ситуация с моделированием верхней атмосферы. Она хуже поддается модельному описанию, поскольку наряду с нейтральным газом здесь присутствует магнитоактивная плазма, которая весьма сложно реагирует на изменение внешних условий.[ ...]

При скорости ветра более 30 км/час и нейтральной атмосфере дымовая струя бывает конусообразной (рис. 19, б). Это означает, что дым рассеивается по конусу, причем имеют место лишь незначительные перемещения оси струи в горизонтальном и вертикальном направлениях.[ ...]

ЗЕМНАЯ КОРОНА. Внешняя область земной атмосферы, расположенная над экзосферой или рассматриваемая как ее верхняя часть; простирается от 1-2 тыс. км более чем до 20 тыс. км. Она состоит преимущественно из ускользающего из экзосферы ионизированного водорода плотностью в среднем около 1000 ионов на 1 см2, а также из небольшого количества нейтрального водорода. Ниже 2000 км она, кроме водорода, содержит также ионизированный кислород и азот. В межпланетном пространстве средняя концентрация ионов не больше, а возможно, существенно меньше 100 ионов на 1 см2.[ ...]

Явление диффузии аэроионов в свободной атмосфере имеет место главным образом близ почвы, где наблюдается большая разность в концентрации аэроионов между почвенным воздухом и прилегающими к нему слоями. Явление адсорбции протекает в пограничных слоях между воздухом и твердой или жидкой поверхностью. Аэроионы, соприкасаясь с поверхностью почвы, воды, растительностью, отдают им свои заряды и превращаются в нейтральные молекулы. Как показал Эберт, влияние адсорбции наблюдается только в газовом слое, равном 0,01 мм и прилегающем непосредственно к твердой или жидкой поверхности. Вследствие резкого понижения концентрации аэроионов в этом слое аэроионы близко прилегающих слоев постоянно диффундируют в этот слой, вызывая явление диффузии ионов в последующих слоях.[ ...]

Теперь вы, вероятно, уже догадались, что в нейтральной атмосфере объем воздуха, которому придано некоторое смещение, просто останется на той высоте, куда он был смещен. Он не будет ни ускоряться в направлении смещения, ни возвращаться на первоначальную высоту.[ ...]

Изменение по высоте концентрации и состава нейтральных частиц верхней атмосферы определяет основные закономерности изменения параметров ионосферы: степени ионизации, ионного состава и эффективного коэффициента рекомбинации. В области D наблюдаются низкие значения электронной концентрации (Ne [ ...]

Аргон, неон, гелий и другие благородные газы атмосферы в экологическом плане считаются нейтральными (на данном уровне знания).[ ...]

Биологическая фиксация молекулярного азота атмосферы в почве осуществляется двумя группами бактерий: свобод-ноживущими аэробными и анаэробными и клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями. Важнейшим представителем первой группы из аэробов является Azotobacter, а из анаэробных - Clostridium pasteu-rianum. Благоприятная среда для активной деятельности клубеньковых бактерий - хорошо аэрируемые почвы со слабокислой и нейтральной реакцией. Деятельность бактерий азотфиксаторов имеет важное значение в общем балансе азота в земледельчески используемых почвах. Поэтому для деятельности клубеньковых бактерий важно проводить окультуривание почв. Чтобы увеличить численность клубеньковых бактерий, в почву вносят бактериальный препарат нитрагин, содержащий активные расы клубеньковых бактерий.[ ...]

Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральны, т. е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхние слои атмосферы, где под воздействием космических и солнечных лучей образуются ионы различных газов (аэроионы), называют ионосферой. Она практически совпадает с озоновым слоем.[ ...]

С целью контроля за аэрозольным загрязнением атмосферы в СССР Главной геофизической обсерваторией им. А. И. Воейкова была создана сеть станций для наблюдений за оптической плотностью аэрозоля и спектральной прозрачностью атмосферы . На указанной сети станций наблюдения за оптической плотностью аэрозоля проводятся в ультрафиолетовой и видимой областях спектра начиная с 1972 г. На рис. 3.8 показаны некоторые результаты таких наблюдений. Как видно из рисунка, оптическая плотность аэрозоля в области спектра 370-530 нм в основном уменьшается с ростом длины волны. В области спектра 325-370 нм отмечается как увеличение 8 , с ростом Я, так и уменьшение 6 и нейтральный ход этой величины. Из рис. 3.8 следует, что теоретические расчеты 8 , не противоречат экспериментальным данным.[ ...]

Ион, состоящий из одной заряженной молекулы. В атмосфере М. И. существует весьма короткое время, поскольку вокруг него, как центра, начинают группироваться нейтральные молекулы, что приводит к образованию легкого иона.[ ...]

Потеря молекулами атомов атмосферных газов из верхней части атмосферы (из экзосферы) в космическое пространство. Таким образом рассеиваются (ускользают) отдельные наиболее быстро движущиеся частицы, скорость движения которых превышает вторую космическую скорость. Ускользание частиц начинается с высоты (уровня диссипации) у где вследствие уменьшения плотности воздуха создается возможность такого свободного пробега частиц, при котором они могут покинуть атмосферу без столкновения с другими частицами. В среднем это около 600 км над земной поверхностью, откуда и следует считать начало экзосферы. Вторая космическая скорость равна здесь 10,68 км/с. Рассеиваются в особенности нейтральные атомы водорода. Возможна также диссипация ионов и электронов при разогреве в полярных сияниях и под действием электрических полей; возможность такой диссипации ионов определяется отношением их заряда к массе.[ ...]

Прочие формы вредного воздействия диоксида серы. В то время как железо в нейтральной и даже во влажной атмосфере лишь в небольшой мере подвержено коррозии, кислотность присутствующей в атмосфере влаги, поглотившей из воздуха 302, вызывает усиление коррозии и тем самым чрезвычайно большой материальный ущерб. Такие чувствительные к кислотам строительные материалы, как известняк и бетон, подвергаются быстрому разрушению в атмосфере, содержащей 502.[ ...]

Диоксид серы через стадию образования кислоты переходит в аммонийную соль - нейтральный сульфат аммония или бисульфит аммония. Анализ кислых аэрозолей показал, что сульфат аммония составляет около 40 %, серная кислота - 60 %. В городах с повышенным загрязнением диоксидом азота в аэрозолях преобладает азотная кислота, при избытке аммиака в атмосфере она отсутствует.[ ...]

Фрейденберг и Адам смешивали различные типы лигнина с 2% никеля и нагревали его в атмосфере водорода до 400 . Еловый лигнин Шол-лера дал 42-44%, еловый лигнин Бергиуса - 30-39%, а солянокислотный буковый или тополевый лигнин - 40--50% дистиллятов, растворимых в эфире, которые были разделены на фенольную и нейтральную фракции. Высокий выход ароматических производных по сравнению с гидроароматическими соединениями указывал, что гидрогенолиз являлся главной реакцией.[ ...]

Метод стандартизируется по перекиси водорода. Эмпирически было найдено, что этот метод дает в 2 раза более высокие результаты определения оксидантов в атмосфере по сравнению с нейтральным иодидным методом . Это, вероятно, объясняется тем, что для окисления 1 моля фенолфталеина достаточно 0,5 моля 03, в то время как Н202 требуется 1 моль . К недостаткам метода следует отнести тесную зависимость окраски фенолфталеина от pH среды, чем, по-видимому, объясняется криволиней-ность градуировочного графика. Для устранения влияния углекислоты воздуха предложено использование буфера . Метод обладает довольно низкой воспроизводимостью построения шкалы (+30%) , на которую оказывает влияние температура реагентов. Разные способы добавления реагентов несколько изменяют характер градуировочного графика. Метод, вероятно, сравнительно мало подвержен мешающему действию Э02 (2-4%) и N02 (15%) . Представляется весьма сомнительным, чтобы углеводороды могли восстанавливать окрашенную хиноидную форму фенолфталеина в бесцветный фенолфталеин, тем самым занижая результаты анализа, как об этом сообщается в работе .[ ...]

ТЕОРИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ СОРЕ. Теория поляризации света, построенная с учетом деполяризующего действия вторичного рассеяния; позволяет объяснить отклонение наблюдаемых в атмосфере величин поляризации от вычисленных по теории Релея, а также образование нейтральных точек на небесной сфере.[ ...]

Солнечно-земные связи. Так принято называть ответные реакции географической оболочки на изменения солнечной активности. В настоящее время солнечную активность связывают с регулярным образованием в атмосфере Солнца пятен, факелов, вспышек, протуберанцев. В середине XIX в. швейцарский астроном Р. Вольф вычислил количественный показатель солнечной активности, известный во всем мире как число Вольфа. Этот индекс используют в тех случаях, когда стремятся установить число групп солнечных пятен и строение каждой из них. Обработав накопленные к середине прошлого века материалы наблюдений за солнечными пятнами, Вольф смог установить средний 11-летний цикл солнечной активности. Фактически же интервалы времени между годами максимальных или минимальных чисел Вольфа колеблются от 7 до 17 лет. Одновременно с 11-летним циклом протекает вековой, точнее 80-90-летний, цикл солнечной активности. Несогласованно накла-дываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке. Энергетической базой солнечно-земных связей выступает энергия электромагнитного и корпускулярного излучения. На пути к поверхности Земли солнечное излучение преодолевает несколько преград: межпланетную среду, нейтральную атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле (рис. 6).[ ...]

Наблюдения профилей р3 были выполнены X. Тифенау и П. Фабианом на плавучем маяке в открытом Северном море в 1972 г. на высоте от 1 до 20 м над поверхностью воды с помощью озонозонда Брюера. По этим наблюдениям для нейтральной стратификации было с3 = 0,0013 ± 0,000 18, для неустойчивой стратификации (при числе Ричардсона = -0,15) с3 = 0,002 и при устойчивой атмосфере (И1 = ± 0,03) с3 = 0,00065.[ ...]

Как отмечает Тернер, значения аг менее достоверны, чем значения оу, что отмечено штриховыми линиями на диаграмме аг-х. Это особенно справедливо для расстояний более 1 км в направлении ветра. В отдельных случаях (например, когда атмосфера нейтральна или умеренно неустойчива, а расстояние не превышает нескольких километров) приземные концентрации вдоль центральной линии, полученные с помощью этих диаграмм, будут отличаться в два или три раза от реальных значений.[ ...]

В группу бобовых культур, распространенных в нашей стране, входят растения, биологически сильно различающиеся между собой по своему отношению к основным факторам внешней среды - к теплу, влаге и пище. Однако всех их объединяет одна важная особенность, свойственная всему семейству бобовых, - способность фиксировать газообразный азот атмосферы в дополнение к обычному и единственному источнику всех других растений - к азоту почвы. Так как фиксация газообразного азота бобовыми растениями связана с развитием на их корнях клубеньковых бактерий, для нормального роста и развития бобовых необходимы в первую очередь оптимальная температура и влажность почвы, а также нейтральная или слегка кислая реакция почвы.[ ...]

Хроматографическое разделение экстракта на бумаге. Для хроматографического разделения эндогенных гиббереллиноподобных веществ используют бумагу быстрая или средняя Ленинградская № 2, промытую 20%-ным раствором химически чистой муравьиной кислоты, разрезанную на полосы размером 15 X 40 см, с продольным расположением волокон по длине полосы. Разделение проводят нисходящим током растворителя в цилиндрических камерах (высотой в 60 см) с притертой крышкой, стеклянной подставкой и хроматографической лодочкой (объемом 50 мл) для помещения растворителя. Спиртовой экстракт наносят на стартовую линию пипеткой сплошной полосой в объеме 1 мл на специальном станке в токе холодного воздуха. При хроматографии используют растворитель: изопропиловый спирт (С3Н,ОН) - вода (5:2), для насыщения атмосферы хроматографической камеры на дно наливают ту же смесь растворителя в другом соотношении (2:5). В системе растворителей с нейтральной реакцией, в отличие от системы с кислой реакцией: изопропиловый спирт - уксусная кислота - вода (4:1:5) и системы со щелочной реакцией: изопропиловый спирт - 1ЧН4ОН- вода (10: 1: 1), гиббереллиноподобные вещества располагаются компактным пятном с хорошо очерченными краями.

Дифракционный опыт Араго–Пуассона. Теория дифракции Френеля. Принцип Гюйгенса–Френеля

Огюстен Жан Френель (1788–1827) работал ведущим инженером в нескольких французских департаментах, однако, когда Наполеон возвращался с острова Эльба (1815), участвовал в сражениях против него. После возвращения Наполеона - в период ста дней Френель был уволен и отправился в местечко Матье, как когда-то Исаак Ньютон - в свое фамильное имение. Здесь он занялся изучением интерференции и дифракции на основе результатов его предшественников и современников, в частности, Томаса Юнга. Эти исследования привели Френеля к разработке теории дифракции, которая, с учетом крайне слабого развития теории волновых уравнений, была настоящим прорывом в волновой оптике. Затем, уже после свержения Наполеона, Френель вернулся в Париж и в 1818 году представил трактат по дифракции на рассмотрение Парижской Академии наук.

Френель возродил волновую теорию Христиана Гюйгенса и выдвинутый им основной принцип распространения волн - принцип Гюйгенса : волновой фронт в момент времени является огибающей поверхностью сферических волновых возбуждений радиуса , порожденных вторичными источниками во всех точках фронта в момент . Здесь время , а - скорость света в точке . Френель обобщил этот принцип, сформулировав дополнение, позволяющее вычислять световое поле в данной точке: поле в точке есть результат сложения (интерференции) полей всех вторичных источников, расположенных на произвольно фиксированном волновом фронте . Последнее утверждение носит название принципа Гюйгенса–Френеля и, по сути дела, утверждает дифракционный характер распространения света. Современным обобщением этого принципа является концепция суммирования по путям: источник в точке создает в точке волновое поле, равное сумме амплитуд, которые имели бы волны, пришедшие от к по всевозможным траекториям. Суммирование, точнее, интегрирование, ведется по всем траекториям, соединяющим две точки. Конечно, такое интегрирование очень сложно формализовать, но результат оказывается полностью эквивалентным волновой теории, а также допускает естественное квантовое обобщение. Интеграл по траекториям был введен в середине XX века Ричардом Фейнманом для описания процессов взаимодействия элементарных частиц, однако первое приближение к этому интегралу в оптике было предложено Френелем и впоследствии, в 1883 году формализовано Густавом Кирхгофом (так называемый дифракционный интеграл Френеля–Кирхгофа ).

Рассмотрим подход Френеля к вычислению светового поля в точке P (см. рис.), которое создает источник S , при наличии круглого отверстия радиуса , перпендикулярного главной оптической оси (ГОО) SP . Для начала выберем фронт волны, касающийся границ отверстия, как показано на рисунке. Все вторичные источники, расположенные на этом фронте, создают волны, которые приходят в точку P с различной фазой. Однако фазы вторичных волн от источников, лежащих на одной окружности с центром на ГОО и перпендикулярной ей, очевидно, совпадают - поэтому сгруппируем вторичные источники по таким окружностям. Пусть далее O - точка волнового фронта, ближайшая к точке наблюдения P , кроме того, (стандартные обозначения в оптике). Найдем расстояния от ГОО до точек на фронте, вторичные волны от которых приходят в P с запаздыванием в полупериодов, т.е. расстояние от которых до P равно . Очевидно, данное расстояние равно

если и действует приближение Френеля . В этом случае остаточное слагаемое , и мы получаем:

Область фронта между и называется -ой зоной Френеля и замечательна тем, что вторичные волны от этой зоны приходят в точку наблюдения с разностью фаз меньше , поэтому приводят к конструктивной интерференции . Соседние же зоны Френеля обладают разностью фаз от до , поэтому ослабляют вклады друг друга в общую амплитуду дифракционного поля (приводят к деструктивной интерференции ). По этой причине на схеме выше нечетные зоны Френеля закрашены красным цветом, а четные, гасящие вклады нечетных, - синим. На этой схеме параметры подобраны так, что поле в точке P создается источниками из первых двух зон Френеля - или, как говорят, открыты первая и вторая зоны . Площадь -ой зоны, характеризующая число вторичных источников на ней, равна

т.е. площади всех зон примерно одинаковы. Из этого замечательного факта следует, что вклад второй зоны практически уничтожает вклад первой , так что световая амплитуда в зависимости от числа открытых зон Френеля будет изменяться от практически нулевой до максимальной, имеющей место, когда открыто нечетное число зон. Аккуратный учет вкладов всех зон также приводит к тому, что амплитуда поля от первой зоны Френеля в два раза больше суммарной амплитуды от всех зон:

Поскольку интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, мы получаем, что интенсивность в первом дифракционном максимуме в четыре раза больше интенсивности света в этой же точке в отсутствие экрана. На первый взгляд этот результат весьма парадоксален: поставив на пути света поглощающий экран, мы только повысили интенсивность света за ним! Однако в других точках за экраном интенсивность падает: дифракция приводит только к перераспределению световой энергии за ним.

Далее, из принципа суперпозиции следует, что сложение дифракционных амплитуд для случаев дифракции на дополняющих друг друга круглом отверстии и непрозрачном диске дает амплитуду в отсутствие экрана . Действительно, зоны Френеля, закрытые в одном случае, открываются в другом, и наоборот. В теории дифракции данное утверждение называется принципом Бабине . В итоге при дифракции на диске амплитуда поля также будет изменяться вдоль луча :

Здесь обозначает уже число закрытых зон Френеля. В данном случае дифракционная амплитуда изменяется по величине от нуля до . Более того, при удалении источника света и точки наблюдения от непрозрачного диска остается закрытой только часть первой зоны, ибо число открытых зон

поэтому в точке наблюдения амплитуда светового поля не равна нулю . Также последнее означает, что если на расстоянии от диска поставить экран, то при в центре тени, отбрасываемой диском, будет наблюдаться светлое пятно!

Именно этот парадоксальный на первый взгляд результат получил, основываясь на теории Френеля, Симеон Дени Пуассон (1781–1840), которому на экспертизу и попал трактат Френеля о дифракции. Пуассон счел данный результат веским аргументом против теории Френеля, однако Доминик Араго (1786–1853), которому также было поручено подготовить отзыв на работу Френеля, решил провести его экспериментальную проверку. Вопреки здравому смыслу, опыт показал наличие светлого пятна в самом центре отбрасываемой диском тени. Теперь это пятно называют пятном Араго–Пуассона . Схема опыта Араго изображена на рисунке ниже, где, как видно, диск закрывает только небольшую часть первой зоны Френеля.

Между прочим, Френель первым ответил на вопрос, почему в волновой теории предметы, все же, отбрасывают тень. Это замечание долгое время служило аргументом против этой теории, благодаря которому ростки ее развития рубились на корню. Кроме того, его работа, в отличие от знаменитой работы Юнга по интерференции, отличалась стремлением найти строгое математическое описание явления, а не ограничиться качественными рассуждениями. Не зря работа Френеля, пересланная Юнгу Домиником Араго, была встречена им очень позитивно.

Почему же мы не наблюдаем пятна Пуассона в повседневной жизни? Тому есть несколько причин. Во-первых, оценим пространственные масштабы явления: если расстояния , то диаметр диска должен быть Тень от такого предмета не больше размеров хрусталика. Если же наблюдать пятно на экране, то оно окажется очень маленьким и поэтому его суммарная яркость будет тоже небольшой. Наконец, для наблюдения данного дифракционного эффекта необходим достаточно когерентный, поэтому, как минимум, монохроматический, свет. Кроме того, наблюдению пятна сильно мешают мелкие неровности диска вблизи его границы.

Справедливости ради надо отметить, что пятно Араго–Пуассона еще в начале XVIII века наблюдали Жозеф Никола де Лиль и Жак Филипп Маральди, однако в условиях монополизма ньютоновской корпускулярной теории света и отсутствия математического аппарата, способного описать наблюдаемое явление, эти открытия были забыты на целый век.