Ученые объединяют типы сияний в три группы: ленточные, лучистые и диффузные. Главная особенность ленточных (они могут быть в виде полос и дуг) – в чрезвычайно большой протяженности, иногда на десятки тысяч километров при вертикальной мощности в несколько сотен километров. Дуги чуть покороче: 5–6 тыс. км при толщине всего несколько сотен метров. Часто ленты стелются одна над другой, образуя многоярусные занавеси (драпри). Лучистые сияния создаются множеством узких световых пучков, идущих от горизонта до зенита. Диффузные похожи на светящийся туман.
Конечно, люди, жившие на Севере, давно задумывались над причиной красочных небесных видений. М. В. Ломоносов, с детства хорошо знакомый с небесными сполохами, первым высказал предположение об их электрической природе. Давно стало ясно, что эти цветы неба – свечение разреженных газов в верхних слоях атмосферы под влиянием магнитного поля Земли. Но понять, как передается это влияние, стало возможно только после запуска геофизических ракет.
Установленные на ракетах специальные счетчики обнаружили на высотах около 1000 км над поверхностью Земли мощные потоки отрицательно и положительно заряженных частиц (электронов и протонов). Они вторгаются в земную атмосферу с так называемым солнечным ветром, порождаемым нашим светилом.
Ветер дует со скоростью 300–600 км в секунду, так что оказывается вблизи Земли через 1–3 дня. Особенно усиливается солнечный ветер, когда Солнце выбрасывает в окружающее пространство огромную массу потоков заряженных частиц. Определенная часть их достигает Земли, но встречает здесь препятствие – магнитное поле планеты. Частицы отклоняются от прямого пути и устремляются по силовым линиям к геомагнитным полюсам. Вокруг полюсов они кружат по овальной зоне, стараясь пробраться в атмосферу. Здесь они взаимодействуют с молекулами воздуха, обращают их в активное состояние и, заставляют излучать электромагнитные волны, т. е. светиться.
Как измеряют влажность воздуха
Когда температура воздуха остается той же, но при этом становится как-то тяжелее дышать, говорят, что повысилась влажность воздуха. Жаркий влажный день отличается от жаркого сухого дня только наличием в атмосфере паров воды. Чем их больше, тем выше влажность. Когда мы говорим: «Относительная влажность 50 %», мы имеем в виду, что воздух содержит водяных паров ровно половину от того количества, которое он может иметь при данной температуре.
Относительная влажность 100 % означает, что воздух насыщен влагой и что он от нее освобождается: сгущается туман, выпадает роса, дождь или снег. Теплый воздух способен удержать больше водяных паров, чем холодный.
Наиболее точный способ определения степени влажности – это сравнение показаний «сухого» и «влажного» термометров. Два термометра крепятся рядом на одном основании. Вокруг шарика с ртутью у одного из них обертывается намоченная ткань (обычно батист). Испарение понижает температуру, притом тем больше, чем оно сильнее. Если воздух содержит много водяных паров, влага с мокрого термометра улетучивается медленно, и он не показывает сильного понижения температуры. Если воздух сухой, испарение идет быстро, влажный термометр показывает температуру значительно более низкую, чем сухой. По этой разнице с помощью специальных таблиц и определяют относительную влажность.
Абсолютная влажность – это фактическое количество водяного пара в воздухе. Ее определяют прибором, который называется гигрометр. Главная его деталь – обыкновенный человеческий волос. Он удлиняется, если повышается влажность. Тогда отклоняется и стрелка прибора, показывающая повышение влажности.
Облачные «города» и «замки»
Можно очень долго следить за облаками, плывущими по небу. Они постоянно изменяют свою форму: то напоминают сказочные замки с башенками и куполами, то стадо белошерстных овец, то караван верблюдов.
Так изменяют свою форму белоснежные кучевые облака, растущие прямо на глазах. Это местные облака, или, как их называют, «облака хорошей погоды». Хотя и они могут быть источником сильного дождя, ливня, но обычно кратковременного.
Если облака идут издалека, с океана, они выглядят совсем по-другому. Эти облака движутся в передней части циклона – гигантского вихря, несущего с собой дождь и похолодание (летом), снегопады и потепление (зимой). По ним легко предсказывать погоду.
Как только появились перистые облака, через день-два жди дождя. Эти облака похожи на перья или на кошачьи хвосты. Они тонкие, прозрачные, сквозь них просвечивают и Солнце, и Луна. Им на смену приходят облака, спускающиеся все ниже и ниже. Но потом все небо скрывается за плотными слоистыми дождевыми облаками. Они переполнены водой. В одном облаке ее содержится от 50 до 300 тыс. тонн.
Почему идет дождь
Когда на небе собираются тяжелые черные тучи, люди говорят: «Быть дождю». Но откуда взялись тучи, и почему из них идет дождь? Причина всему этому – Солнце. Оно нагревает поверхность планеты, и во́ды в океанах, озерах и реках превращаются в пар, который перемешивается с воздухом.
Поднимающийся вверх теплый воздух распространяет водяной пар в атмосфере. Остывая, воздух отдает часть своего груза, а невидимый водяной пар снова становится водой. Из ее капелек образуются облака. Этот противоположный испарению процесс называется конденсацией. Внутри тучи крошечные капельки постепенно разрастаются, собирая все больше влаги. Наконец капли становятся такими большими, что уже не могут удерживаться наверху воздушными течениями и падают на землю в виде дождя.
В течение всего дня идет испарение. Водяной пар поднимается в атмосферу. Но для того, чтобы он превратился в облака, состоящие из мельчайших капелек, нужны еще твердые частички, на поверхности которых пар мог бы сконденсироваться. Если в воздухе нет (или очень мало) частичек пыли или кристалликов льда, конденсация может и не произойти.
Так развиваются события в теплый летний день, когда утром на ярком небе сияет солнце, а во второй половине дня сгущаются тучи и на землю проливается дождь. Это местные дожди. Дожди продолжительные, затяжные, на 2–3 дня, а то и на неделю, приносят издалека мощные воздушные вихри – циклоны. Определив скорость движения циклона, метеорологи могут предсказать время наступления дождливой погоды.
Вода, даруемая небом
Дождь и снег, выпадающие из облаков на землю, называют атмосферными осадками: с ними ведь осаждается влага.
