АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| зличия в количестве солнечной радиации, приходящей на разные широты земной поверхности, и сложность её строения, включая распределение океанов, континентов и крупнейших горных систем, определяют разнообразие климатов Земли (см. Климат).
Климат тропических широт характеризуется высокими темп-рами воздуха у земной поверхности (в среднем 25 - 30°С), к-рые мало меняются в течение года. В экваториальном поясе обычно выпадает большое количество осадков, что создаёт там условия избыточного увлажнения. В тропиках, за пределами экваториального пояса, количество осадков уменьшается и в ряде областей субтропич. пояса высокого давления становится очень малым. Здесь расположены обширные пустыни Земли.
В субтропиках и умеренных широтах темп-pa воздуха значительно меняется в годовом ходе, причём разница между темп-рой зимы и лета особенно велика в удалённых от океанов районах континентов. Так, напр., в нек-рых областях Вост. Сибири темп-pa наиболее холодного месяца на 65 °С ниже темп-ры наиболее тёплого. Условия увлажнения в указанных широтах очень разнообразны и в осн. зависят от режима общей циркуляции А.
В полярных широтах, при наличии заметных сезонных изменений темп-ры, она остаётся низкой в течение всего года, что способствует широкому распространению ледяного покрова на суше и океанах.
На фоне сравнительно устойчивого климата происходит постоянное изменение погоды, определяемой в основном общей циркуляцией А. Погода наиболее устойчива в тропич. странах и наиболее изменчива в околополярных областях, в частности на С. Атлантич. и Тихого океанов, где проходят пути мн. циклонов. Анализ причин изменения погоды лежит в основе методов прогноза погоды, опирающихся на построение ежедневных синоптических карт, к анализу к-рых применяются общие физ. закономерности атмосферных процессов и различные статистические приёмы. Всё более широкое распространение приобретают численные методы прогноза, основанные на решении гидродинамич. и термодинамич. уравнений, описывающих движение А.
А к т и в н ы е в о з д е й с т в и я н а а т м о с ф е р н ы е п р о ц е с с ы. Большое научное и практическое значение имеет проблема активных воздействий на атмосферные процессы с целью изменения погоды и климата. Работы в этом направлении, впервые (в 50-х гг.) начатые в Сов. Союзе, уже привели к созданию методов воздействия на нек-рые атм. процессы. Так, в частности, рассеяние в облаках нек-рых реагентов изменяет развитие грозовых облаков и предотвращает выпадение града, к-рый приносит большие убытки сельскому хозяйству. Разработаны методы рассеяния туманов, защиты растений от заморозков, ведутся эксперимент. работы по воздействию на облака для увеличения количества осадков. Большинство применяемых сейчас методов воздействия на атм. процессы основано на возможностях управления неустойчивыми процессами, динамика к-рых может быть изменена при затратах сравнительно небольших количеств энергии и реагентов.
Наряду с активными воздействиями, заметные изменения в метеорологич. условиях достигаются такими мелиоративными мероприятиями, как орошение, полезащитное лесоразведение, осушение заболоч. районов. Эти изменения, однако, в основном ограничиваются нижним (приземным) слоем воздуха.
Кроме направленных воздействий на погоду и климат, ряд аспектов деятельности человека оказывает определённое влияние на климатич. условия. Так, в частности, в последние годы значительно усилилось загрязнение А. пылью и различными газами, выбрасываемыми пром. предприятиями. В связи с этим во многих странах проводят работы по контролю за загрязнением воздуха и по ограничению выбросов в А. загрязняющих веществ. Быстрый рост энергетики приводит к дополнит. нагреванию А., к-рое пока заметно только в крупных пром. центрах, но в сравнительно близком будущем может привести к изменениям климата на больших территориях. Можно думать, что в ближайшее время значительно усилится контроль человека над атм. процессами для изменения их в благоприятном направлении и предотвращения последствий, вредных для хоз. деятельности.
О п т и ч е с к и е, а к у с т и ч ес к и е и э л е к т р и ч е с к и е я вл е н и я в А. Распространение электромагнитного излучения в А. связано с возникновением различных явлений, обусловленных поглощением и рассеянием света и рефракцией (искривлением траектории светового луча). Хорошо известны явления радуги и венцов, возникающие в результате рассеяния солнечного света на каплях воды. Гало и венцы наблюдаются при рассеянии солнечной радиации кристаллами льда. Рассеянием света обусловлены видимая сплюснутость небесного свода и голубой цвет неба. Явление рефракции света приводит к образованию миражей. Оптич. нестабильность А.- важный фактор, ограничивающий возможность астрономических наблюдений. Условия распространения света в А. определяют видимость предметов. Прозрачность А. на различных длинах волн определяет дальность распространения излучения лазеров, что важно с точки зрения применения лазеров для связи. Ослабление А. инфракрасного излучения влияет на функционирование различных устройств и приборов инфракрасной техники. Для исследований оптич. неоднородностей стратосферы и мезосферы важное значение имеет явление сумерек. Напр., фотографирование сумерек с космич. кораблей позволяет обнаруживать аэрозольные слои. Все эти вопросы, а также мн. другие изучает атмосферная оптика. Рефракция и рассеяние радиоволн обусловливают возможности радиоприёма (см. Распространение радиоволн).
Изучаемое в атмосферной акустике распространение звука в А., зависящее от пространственного распределения темп-ры и скорости ветра, представляет интерес для разработки косв. методов зондирования верхних слоев А. Так, напр., наблюдения зон слышимости звука при искусств. взрыве позволили впервые обнаружить увеличение темп-ры с высотой в стратосфере. Применение ракетного акустического метода дало возможность получить богатую информацию о ветрах в стратосфере и мезо-сфере.
Фундаментальная проблема в исследованиях атмосферного электричества --наличие отрицат. заряда Земли и обусловленного им электрич. поля А. Важная роль в этой проблеме принадлежит образованию облаков и грозового электричества. Возникновение грозовых разрядов влечёт за собой появление молний. Частое возникновение грозовых разрядов вызвало необходимость разработки методов грозозащиты зданий, сооружений, линий электропередач и связи. Особую опасность это явление представляет для авиации. Грозовые разряды вызывают атм. радиопомехи, получившие назв. атмосфериков. В периоды резкого увеличения напряжённости электрич. поля наблюдаются светящиеся разряды, возникающие на остриях и острых углах предметов, выступающих над земной поверхностью, на отдельных вершинах в горах и т. п. (Эльма огни). Под влиянием процессов ионизации различного происхождения А. всегда ионизована и содержит сильно изменяющиеся в зависимости от конкретных условий количества лёгких и тяжёлых ионов, к-рые обусловливают электрич. проводимость А. Гл. ионизаторами земной поверхности являются излучения радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре, в А., а также космич. лучи. В верхних слоях А. ионизация обусловлена ультрафиолетовой, корпускулярной и рентгеновской солнечной радиацией. Именно эти факторы в осн. определяют структуру ионосферы, режим к-рой зависит от условий солнечной активности.
Изучение А. Хотя изучение А. началось ещё в античное время, наука об А.- метеорология - сложилась только в 19 в. В состав метеорологии входит ряд дисциплин, к-рые различаются по применяемым в них методам исследований и по изучаемым объектам. Сюда относятся: физика атмосферы, химия атмосферы, климатология, синоптич. метеорология, динамич. метеорология и др. Влияние атм. факторов на биол. процессы изучается биометеорологией, включающей с.-х. метеорологию и биометеорологию человека. Классификация этих дисциплин окончательно не установилась и находит-•ся в стадии развития.
Для наблюдения за А. на земной поверхности создана обширная сеть метеороло-гич. станций и постов, оборудованных стандартными метеорологическими приборами и аэрологическими приборами, в труднодоступных районах устанавливаются автоматич. метеорологич. станции. Важное значение в системе наземных метеорологических наблюдений приобрела радиолокация, позволяющая обнаруживать и исследовать облака и осадки, турбулентные и конвективные образования в А., измерять скорость и направление ветра на высотах (см. Радиолокация в метеорологии). Широко применяется также пеленгация грозовых очагов путём регистрации атмосфериков. Важная роль в метеорологич. наблюдениях принадлежит вертикальным зондированиям А. при помощи радиозондов для измерений атм. давления, скорости и направления ветра, темп-ры, влажности воздуха в свободной А.
Для изучения различных характеристик А. применяются самолёты и автоматич. аэростаты, напр. при исследовании облаков и разработке методов активных воздействий на них, а также для измерений в области актинометрии, атм. оптики и атм. электричества. В период Международного геофизического года (1957-58) и в последующие годы началось использование ракет метеорологических для измерений темп-ры и атм. давления в верхней стратосфере и мезосфере. Важнейшим средством получения метеорологич. информации, особенно существенным для акватории океанов и территорий труднодоступных районов, стали спутники метеорологические.
Лит.: Метеорология и гидрология за 50 лет Советской власти, под ред. Е. К. Федорова, Л., 1967; X р г и а н А. X., Физика атмосферы, 2 изд., М., 1958; Зверев А.С., Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды. Л., 1968; Хромов С.П., Метеорология и климатология для географических факультетов, Л., 1964; Тверской П.Н., Курс метеорологии, Л., 1962; Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии. Физика атмосферы, Л., 1965; Б у д ы к о М. И., Тепловой баланс земной поверхности, Л., 1956; Кондратьев К.Я., Актинометрия, Л., 1965; Хвостиков И.А., Высокие слои атмосферы, Л., 1964; Мороз В.И., Физика планет, М., 1967; Тверской П.Н., Атмосферное электричество, Л., 1949; Ш и щ к и н Н. С., Облака, осадки и грозовое электричество, М., 1964; Озон в земной атмосфере, под ред. Г. П. Гущина, Л., 1966; Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Электричество свободной атмосферы, Л,, 1965. М- И. Будыко, К. Я. Кондратьев.
АТМОСФЕРА, единица давления, широко применявшаяся в различных областях физики, химии и техники. Нормальная, или физическая, А. (обозначается атм, atm) - давление, уравновешиваемое столбом ртути высотой 760 мм при 0°С, плотности ртути 13595,1 кг/м3 и нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/сек2. 1 атм соответствует давлению т. н. стандартной атмосферы Земли на уровне океана (см. Атмосфера стандартная). Технич. А. (обозначается am, at) - давление, к-рое испытывает плоская горизонталь-пая поверхность площадью в 1 см2 под действием равномерно распределённой нагрузки в 1 кгс. В Международной системе единиц единицей давления служит н/м2 (ньютон на м2). 1 атм = 1,0332 am = 101325 н/м2 (точно), 1 аm=0,967841 аmм=980665 н/м2 (точно).
АТМОСФЕРА КАБИНЫ космического корабля, искусств. газовая среда в замкнутом объёме герметич. кабины космич. летат. аппарата. Для человека оптимальна А. к., полностью соответствующая по физ. свойствам и хим. составу земной атмосфере. А. к. может быть одногазовой - из газообразного кислорода при избыточном давлении от 33 до 56 кн/м2 (1 кн/м2~7,5 мм рт. ст.), или многогазовой - из неск. газов (О2, N2CO2 и др.). Преимущество одногазовой А. к.- нек-рое уменьшение возможности деком-прессионных расстройств и снижение эффекта разгерметизации кабины при выходе космонавтов в космич. пространство или на поверхность др. небесного тела. Но при применении одногазовой А. к. должно быть повышено давление кислорода по сравнению с его парциальным давлением в земной атмосфере, что сопряжено с повышенной пожарной опасностью. Кроме того, при одногазовой А. к. усложняется система терморегуляции. При длительном (более 2-3 нед) воздействии на человека одногазовой А. к. отмечаются нек-рые нарушения физиологич. функций человека, снижающие устойчивость организма к действию факторов космич. полёта, поэтому в длит. полёте использование одногазовой А. к. недопустимо.
Ряд важнейших преимуществ имеет многогазовая А. к. при нормальном ба-рометрич. давлении. Однако при длит. космич. полётах в такой А. к. могут возникнуть нек-рые отклонения от нормальной земной атмосферы. Допустимы колебания общего барометрич. давления в кабине в пределах 40-120 кн/м2. Парциальное давление кислорода должно составлять 20-40 кн/м2; падение его ниже 20 кн/м2 может привести к появлению признаков кислородного голодания, снижению сопротивляемости организма, неблагоприятному воздействию факторов космич. полёта и понижению работоспособности членов экипажа. Певышение давления св. 40 кн/м2 может вызвать изменения со стороны органов дыхания и также снизить сопротивляемость организма. Парциальное давление углекислого газа не должно быть больше 1 кн/м , чему соответствует объёмная концентрация в 1% (при нормальном барометрич. давлении); повышение концентрации может вызвать отрицат. реакции организма. Фязиологич. значение азота для живого организма ещё недостаточно выяснено. Исключение азота из А. к. вызывает снижение общего барометрич. давления с соответствующими вредными последствиями для организма.
Схема строения атмосферы: 1- уровень моря; 2- высшая точка Земли - г. Джомолунгма (Эверест), 8848 м; 3 - кучевые облака хорошей погоды; 4 - мощно-кучевые облака; 5 - ливневые (грозовые) облака; 6 - слоисто-дождевые облака; 7 - перистые облака; 8 - самолёт; 9 - слой максимальной концентрации озона; 10 - перламутровые облака; //-стратостат; 12 - радиозонд; 13 - метеоры; 14 - серебристые облака; 15 - полярные сияния; 16 -американский самолёт-ракета Х-15; 17, 18, 19-радиоволны, отражающиеся от ионизованных слоев и возвращающиеся на Землю; 20 - звуковая вол; на, отражающаяся от тёплого слоя и возвращающаяся на Землю; 21 - первый советский искусственный спутник Земли; 22-межконтинентальная баллистическая ракета;_23 - геофизические исследовательские ракеты; 24 - метеорологические спутники; 25 - космические корабли "Союз-4" и "Союэ-5"; 26 - космические ракеты, уходящие за пределы атмосферы, а также радио-волна, пронизывающая ионизованные слон и уходящая из атмосферы; 27, 28 - диссипация (ускальзывание) атомов Н и Не; 29 -траектория солнечных протонов Р; 30 - проникновение ультрафиолетовых лучей (длина волны X > 2000 А и'Х < 900 А).
Перспективна замена азота др. инертным газом, напр. гелием, в 7 раз более лёгким и более теплопроводным, что позволяет повысить темп-ру в кабине и снизить мощность системы терморегулирования. Однако гелий более текуч, чем азот (усложняется борьба с утеч-'ками из кабины). Возможность кратковременного (до 10 сут) пребывания человека в гелиевой, вернее гелиево-кислород-ной, среде доказана экспериментально. В А. к. должна поддерживаться относит. влажность в пределах 30-70%, при t=20±1°С, скорость перемещения газовых потоков - не более 0,2-0,3 м/сек, скорость изменения давления в процессах регулирования и др.- не более 300 н/(м2сек) (2ммрт. ст. в 1 сек). Все физ. свойства А. к. и её хим. состав поддерживаются системой жизнеобеспечения.
АТМОСФЕРА ОДНОРОДНАЯ, условная атмосфера, в к-рой с высотой плотность воздуха не меняется, а давление линейно убывает. Высота А. о. Земли при темп-ре у её поверхности 0°С должна быть = 8000 м. Темп-pa А. о. уменьшается при подъёме на каждые 100 м на 3,42°С. Понятие А. о. используют в тео-ретич. метеорологии.
АТМОСФЕРА СТАНДАРТНАЯ международная (МСА), условная атмосфера, в которой распределение давления с высотой в земной атмосфере получается из барометрической формулы при определённых предположениях о распределении темп-ры по вертикали; служит для градуировки альтиметров (высотомеров).
Распределение давления р, температуры t и плотности р в Международной стандартной атмосфере; р0 и р0 - давление и плотность на уровне моря.
Для А. с. принимают след, условия: давление на среднем уровне моря при t = 15°C равно 1013 мб (101,3 кн/м2 или 760 мм рт. ст.); темп-pa уменьшается по вертикали с увеличением высоты (вертикальный градиент) на 6,5°С на 1 км до уровня 11 км (условная высота начала стратосферы), где темп-ра становится равной -56,5°С и почти перестаёт меняться (см. рис.).
АТМОСФЕРИКИ, электрич. сигналы, создаваемые радиоволнами, излучаемыми разрядами молний. Вблизи земной поверхности происходит ок. 100 разрядов молний в 1 сек. Поэтому в любой точке земного шара можно практически непрерывно регистрировать А.
Спектр радиоволн, излучаемых разрядом молнии; сплошная линия - спектр основного разряда, точечный пунктир- спектр предразряда, штриховой пунктир - суммарный спектр; f - частота радиоволн, Е-напряжённость электрического поля волны.
При радиоприёме на слух А. воспринимаются как шорохи или характерные свисты, создаюшие атмосферные помехи радиоприёму. Разряд молнии имеет 2 стадии: предразряд и основной разряд, различающиеся силой тока и спектром излучаемых радиоволн (см. рис.). Осн. разряд излучает сверхдлинные волны, а предразряд - длинные волны, средние волны и даже короткие волны. Максимум энергии А. лежит в области частот порядка 4-8 кгм,. Если А. создаются местными грозами, то их спектр определяется только спектром излучения грозового разряда. Если же источник-удалённая гроза, то спектр определяется также и условиями распространения радиоволн от очага грозы до радиоприёмного устройства.
Нек-рые А. воспринимаются на слух как сигналы, частота к-рых непрерывно уменьшается. Такие А. наз. свистящими. Их особенность связана с механизмом распространения сверхдлинных волн. При распространении таких волн в волноводе, образованном нижней границей ионосферы и . поверхностью Земли, происходит частичное "просачивание" их через ионосферу. Просочившиеся волны, распространяясь вдоль силовых линий магнитного поля Земли, удаляются от поверхности Земли на десятки тыс. км и затем снова возвращаются к Земле. Скорость их распространения зависит от частоты, высокочастотные составляющие сигнала распространяются с большей скоростью и приходят раньше. Это и приводит к возникновению на выходе приёмного устройства характерного свиста, высота тона к-рого непрерывно меняется. Исследования А. дают сведения о механизме распространения сверхдлинных волн, а также о свойствах самых нижних и очень высоких областей ионосферы, в к-оых распространяются А. Для расчётов линий радиосвязи построены спец. карты и номограммы, по которым можно определить уровень А. в каждой точке Земли.
Лит.: Альперт Я. Л., Распространение радиоволн и ионосфера, М., 1960; Д о -луханов М. П., Распространение радиоволн, 2 изд., М., 1960; Краснушкин П. Е., Атмосферики, в кн.: Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., I960, с 100 - 102. М. Б. Виноградова.
АТМОСФЕРНАЯ АКУСТИКА, раздел акустики, в к-ром изучаются распространение и генерация звука в реальной атмосфере и исследуется атмосфера акустич. методами. А. а. как метод исследования является также разделом физики атмосферы. Изучение распространения звука в атмосфере началось с зарождения акустики. В конце 17 -18 вв. У. Дарем (Англия) изучал зависимость скорости звука от скорости ветра, Бьян-кони (Италия) и Ш. М. Кондамин (Франция) изучали влияние темп-ры на скорость звука. Большой вклад в исследования распространения звука в неоднородной движущейся среде внесли советские учёные Н. Н. Андреев и И. Г. Русаков (1934), Д. И. Блохинцев (1947).
Распространение звука в свободной атмосфере имеет ряд особенностей. Звуковые волны благодаря теплопроводности и вязкости воздуха поглощаются тем сильнее, чем выше частота звука и чем меньше плотность атмосферы. Поэтому резкие вблизи звуки выстрелов или взрывов на больших расстояниях становятся глухими. Неслышимые же звуки очень низких частот (т. н. ицфраэвуковых) с периодами от неск. сек до неск. мии затухают мало и могут распространяться на тысячи км и даже огибать неск. раз земной шар. Это даёт возможность, напр., обнаруживать ядерные взрывы, являющиеся мощным источником таких воли.
Важные задачи А. а. связаны с явлениями, возникающими при распространении звука в атмосфере, к-рая представляет собой с точки зрения акустики движущуюся неоднородную среду. Темп-pa и плотность атмосферы уменьшаются с увеличением высоты; на больших высотах темп-pa снова возрастает. На эти регулярные неоднородности накладываются зависящие от метеорологич. условий изменения значений темп-ры и ветра, а также их случайные турбулентные пульсации различных масштабов. Т. к. скорость ветра определяется темп-рой воздуха и звук "сносится" ветром, то все перечисленные неоднородности сильно влияют на распространение звука. Возникает искривление звукового луча - рефракция звука, в результате чего наклонный звуковой луч может вернуться к земной поверхности, образуя акустич. зоны слышимости и зоны молчания; происходит рассеяние и ослабление звука на турбулентных неоднородностях, сильное поглощение звука на больших высотах и т. д.
Сложную обратную задачу приходится решать при акустич. зондировании атмосферы. Распределение температуры и ветра на больших высотах определяют по измерениям времени и направления прихода звуковых воли от наземных взрывов или взрывов бомб, сбрасываемых с ракеты. При исследовании турбулентности определяют темп-ру и скорость ветра, измеряя время распространения звука на небольших расстояниях; для получения необходимой точности пользуются ультразвуковыми частотами.
Большое значение получила проблема распространения промышл. шумов, в особенности ударных волн, возникающих при движении сверхзвуковых реактивных самолётов. Если атм. условия благоприятствуют фокусировке этих волн, то у земной поверхности давления могут достичь значений, опасных для сооружений и здоровья людей.
В атмосфере наблюдаются различные звуки естеств. происхождения. Длительные раскаты грома происходят вследствие большой длины грозового разряда, а также потому, что из-за рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит с различными запаздываниями. Нек-рые геофизич. явления - полярные сияния, магнитные бури, мощные землетрясения, ураганы, морские волнения - являются источниками звуковых и особенно инфразвуковых волн. Их исследование важно не только для геофизики, но, напр., для заблаговременного штормового оповещения. Разнообразные слышимые шумы вызываются или срывом вихрей с различных препятствий (свист ветра) или колебаниями к.-л. предметов в потоке воздуха (гудение проводов, шелест листьев и т. п.).
Лит.: Красильников В.А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960; Блохинцев Д. И., Акустика однородной движущейся среды, М.- Л., 1946.
В. М. Бовшеверов.
АТМОСФЕРНАЯ ОПТИКА, раздел физики атмосферы, в к-ром изучаются оптич. явления, возникающие при прохождении света в атмосфере. Сюда относятся не только такие красочные явления, как зори, радуги, изменения цвета неба, а и менее заметные, но очень важные для практики явления, как рассеяние и излучение атмосферой видимой и невидимой радиации, поляризация небесного света, видимость предметов и т. д. А. о. составляет часть физич. оптики; она тесно переплетается с оптикой коллоидов и аэрозолей, планетных атмосфер, моря, с радиационной теплопередачей и др. Важные для А. о. результаты были получены при решении проблем физ. химии, астрофизики, океанологии, техники, а методы и результаты А. о. часто находят применение в этих науках.
Изучение оптич. свойств воздуха, моря и суши составляет прямые задачи А. о. Обратные задачи А. о. - разработка оптич. методов зондирования, т. е. определения по измеренным оптич. свойствам воздуха, моря и суши других их физ. характеристик.
Оптич. явления в нижних и верхних слоях атмосферы (слой озона и выше) различны. В верхних слоях под влиянием солнечного излучения происходят гл. обр. фотохим. реакции. Возникающие при этом возбуждённые частицы высвечивают запасённую энергию (полярные сияния, свечение ночного неба и др.). Изучением этих явлений занимается аэрономия. В данной статье они не рассматриваются.
Интерес к оптич. явлениям в атмосфере возник очень давно. Цвет неба и облаков, зори, ложные солнца и т. д. с давних пор считались предвестниками погоды. Таких примет довольно много и одно время считалось даже, что их изучение и есть главная задача А. о. Этой точки зрения придерживался рус. геофизик П. И. Броунов (30-е гг. 20 в.). Однако более подробные исследования показали, что хотя между оптическими и др. физ. явлениями в атмосфере связь несомненно существует, но часто она бывает очень сложной и неоднозначной; оптич. признаки погоды иногда противоречат друг другу. Постепенно стало ясно, что найти связь между оптич. явлениями и погодой можно, лишь изучая природу оптич. явлений и одновременно проникая в механизм физ. явлений, вызывающих изменения погоды.
Первые попытки объяснить синий цвет неба относятся к 16 в. Леонардо да Винчи объяснял синеву небесного свода тем, что белый воздух на тёмном фоне мирового пространства кажется синим. Л. Эйлер считал (1762), что "сами частицы воздуха имеют синеватый оттенок и в общей массе создают интенсивную синеву". В нач. 18 в. И. Ньютон объяснял цвет неба интерференционным отражением солнечного света от мельчайших капель воды, всегда взвешенных в воздухе. В 1809 франц. физик Д. Араго открыл, что свет неба сильно поляризован (см. Поляризация света).
Первое правильное объяснение синего цвета неба дал англ. физик Рэлей (Дж. У. Стрётт) (1871, 1881). По теории Рэлея цветные лучи, образующие солнечный спектр, рассеиваются молекулами воздуха пропорционально Л-4 (где Л-длина световой волны). Синие лучи рассеиваются, примерно, в 16 раз сильнее, чем красные. Поэтому цвет неба (рассеянный солнечный свет) - синий, а цвет Солнца (прямой солнечный свет), когда оно низко над горизонтом и лучи его проходят большой путь в атмосфере,- красный. При этом рассеянный свет должен быть сильно поляризован, а под углом 90° от направления на Солнце поляризация должна быть полной.
Измерения яркости, цвета и поляризации света неба подтвердили теорию Рэлея. Но в 1907 рус. физик Л. И.Мандельштам показал, что если тело, в том числе и воздух, строго однородно, то лучи, рассеянные отдельными молекулами, должны в результате взаимной интерференции гасить друг друга так, что никакого рассеяния вообще наблюдаться не будет. В действительности из-за хаотич. теплового движения в среде всегда возникают флуктуации плотности (т. е. случайно расположенные области сгущений и разрежений), на к-рых и происходит рассеяние. Строгая теория флуктуационного рассеяния, разработанная польск. физиком М. Смо-луховским (1908) и А. Эйнштейном (1910), привела к тем же формулам, к-рые были ранее получены в молекулярной теории Рэлея. Однако все эти работы не учитывали запылённости атмосферы. Воздух, даже самый чистый,- высоко в горах, в Арктике и Антарктике - всегда засорён органич. и минеральной пылью, частицами дыма, капельками воды или растворов. Эти частицы очень малы (радиус ок. 0,1 "м), их масса, а следовательно, и вес ничтожны, поэтому они так медленно падают на Землю, что малейший ток воздуха снова вздымает их вверх. Т. к. воздух непрерывно перемешивается, то в атмосфере всегда парит как бы сеть из мельчайших пылинок и капель, особенно густая в нижних приземных слоях. Это атмосферный аэрозоль, к-рый и является главной причиной мутности воздуха. Он уменьшает дальность видимости в реальной атмосфере, по сравнению с идеальной, приблизительно в 20 раз. Кроме аэрозоля, большую роль в оптич. явлениях ватмосфере играют водяной пар, углекислый газ и озон, хотя они составляют всего несколько % от объёма газов, из к-рых состоит воздушная смесь. Только эти газы поглощают солнечное и земное излучение и сами излучают радиацию.
В рассеянии света в атмосфере решающее значение имеет аэрозоль. Немецкий физик Г. Ми (1908) построил теорию рассеяния света частицей произвольного размера, которой широко пользуются в А. о. Эта теория была существенно развита и дополнена сов. учёными В. В. Шулейки-ным. (1924), В. А. Фоком (1946), К. С. Шифриным (1951) и голл. учёным ван Хюлстом (1957). Расчёты показывают, что характер рассеяния зависит от отношения радиуса частицы а к длине волны X и от вещества частицы. Малые частицы (а/л"1) ведут себя так же, как молекулы в теории. Рэлея, но чем больше частицы, тем слабее зависимость рассеяния от длины волны. Большие частицы (a/л"1) рассеивают свет нейтрально - все волны одинаково. Это, в частности, относится к каплям облаков, радиусы к-рых в 10-20 раз больше длины волны видимого света. Именно поэтому облака имеют белый цвет. По этой же причине небо становится белесоватым, если воздух пыльный или содержит капельки воды. В исследование яркости и поляризации неба большой вклад внесли сов. учёные В. Г. Фесенков, И. И. Тихановский, Е. В. Пясковская-Фесенкова, а в исследование прозрачности облаков, туманов, ниж. слоев атмосферы - А. А. Лебедев, И. А. Хвостиков, С. Ф. Родионов, амер. учёные Д. Стрет-тон и Г. Хаутон, французские учёные Э. и А. Васси, Ж. Брикар.
Наряду с эксперимент. работами создавались также методы расчёта распределения яркости и поляризации по небу, для чего необходимо учитывать многократность рассеяния света и отражения от земной поверхности. Для этого случая рус. физиком О. Д. Хвольсоном (1890) было предложено уравнение переноса излучения. Для безоблачного неба влияние многократного рассеяния не очень велико, но для облаков, к-рые представляют собой сильно мутные среды, это - основной фактор, без к-рого нельзя правильно рассчитать прозрачность облаков, отражение и световой режим внутри них. Большой вклад в разработку методов решения уравнения переноса внесли сов. учёные В. А. Амбарцумян (1941-43), В. В. Соболев (1956), Е. С. Кузнецов (1943-45) и индийский учёный С. Чанд-расекар (1950).
Видимость предметов обусловлена прежде всего прозрачностью воздуха, а также их отражательными свойствами. Отражение диффузно, т. е. рассеяно во все стороны (за исключением отражения от поверхности спокойной воды) и для разных поверхностей происходит по-разному, в результате чего (для несамосветящихся тел) возникает яркостный контраст предмета с фоном. Если контраст больше нек-рого порогового значения, то предмет виден; если меньше, то предмет теряется на общем фоне. Дальность видимости предмета зависит от прозрачности воздуха и от освещённости (в сумерки и днём порог различения неодинаков). Видимость (прозрачность атмосферы) входит в число основных метеорологич. элементов, наблюдения над к-рыми ведут метеорологич. станции. Исследование условий, влияющих на горизонтальную и наклонную видимость (на фоне неба илиЗемли) - важная прикладная задача А. о. В её решении значит. результаты получили сов. учёные В. В. Шаронов, Н. Г. Болдырев, В. А. Берёзкин, В. А. Фаас, нем. учёный X. Кошмидер, канад. учёный Д. Мидлтон.
Большое значение имеет изучение условий распространения в атмосфере невидимых инфракрасных волн длиной 3- 50 мкм, к-рые обусловливают лучистую передачу тепла (механизм её состоит в поглощении и последующем переизлучении). Очень важны прямые измерения в свободной атмосфере, к-рые могут быть выполнены с самолётов или с искусств. спутников Земли (ИСЗ). В исследовании лучистой теплопередачи существенные результаты были получены советскими учёными А. И. Лебединским, В. Г. Кастровым, К. Я. Кондратьевым, Б. С. Непорентом, Е. М. Фейгельсоном и американскими - Д. Хоуардом и Р. Гуди.
При постановке обратных задач А. о. возникают две трудности: во-первых, нужно установить, что в оптич. информации содержатся нужные данные, и, во-вторых, - указать способ их извлечения и необходимую точность измерений. В. Г. Фесенков ещё в 1923 показал, что по изменению яркости сумеречного неба можно судить о строении атмосферы на высотах более 30 км. Через 30 лет сведения о строении стратосферы и ионосферы, полученные непосредственно с помощью ракет, подтвердили данные сумеречного метода. В развитие сумеречного метода внесли значительный вклад сов. учёные Г. В. Розенберг, Н. М. Штауде. Удалось разработать неск. методов, позволяющих исследовать строение мутных сред по особенностям их светорассеяния, которые нашли применение не только в геофизике. Наибольший интерес вызывает разработка методов зондирования атмосферы с ИСЗ для определения темп-ры земной поверхности или облаков по инфракрасному излучению, приходящему на спутник. Исследуется также способ определения вертикальных профилей темп-ры и влажности по характеру приходящего излучения. В разработке этого метода важные результаты получены сов. учёным М. С. Малкевичем, американским - Л. Капланом и японским - Г. Ямамото.
Работу по развитию и согласованию исследований в области А. о. проводит Академия наук СССР совместно с Главным управлением гидрометеорологической службы СССР.
Лит.: Броунов П.И., Атмосферная оптика, М., 1924; Ш и ф р и н К.С., Рассеяние света в мутной среде, М.- Л., 1951; Пясковская-Фесенкова Е.В., Исследование рассеяния света в земной атмосфере, М., 1957; Розенберг Г. В., Сумерки, М., 1963; Кондратьев К. Я., Актинометрия, Л., 1965. К. С. Шифрин.
АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ, гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. А. д.- существенная характеристика состояния атмосферы; в каждой точке атмосферы оно определяется весом вышележащего воздуха. С высотой А. д. убывает; зависимость А. д. от высоты выражается барометрической формулой. Измеряется А. д. барометром. А. д. выражают в миллибарах (мбар), в ньютонах на м2 (и/м2) или высотой столба ртути в барометре в мм, приведённой к 0°С и норм, (на уровне моря и широте 45°) величине ускорения силы тяжести.
За норм. А. д. принимают 760 мм рт. ст. = 1013,25 мбар = 101325 н/м2. На высоте 5 км А. д. равно прибл. половине А. д. у земной поверхности.
На земной поверхности А. д. изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны непериодич. изменения А. д., связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления - антициклонов и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей - циклонов, в к-рых господствует пониженное давление. Отмеченные до сих пор крайние значения А. д. (на уровне моря): 808,7 и 684,0 мм рт. ст. Однако, несмотря на большую изменчивость, распределение средних месячных значений А. д. на поверхности земного шара каждый год примерно одно и то же. Среднегодовое А. д. понижено у экватора и имеет минимум под 10° с. ш. Далее А. д. повышается и достигает максимума под .30-35° сев. и юж. широты; затем А. д. снова понижается, достигая минимума под 60 - 65°, а к полюсам опять повышается. На это широтное распределение А. д. существенное влияние оказывает время года и характер распределения материков и океанов. Над холодными материками зимой возникают области высокого А. д. Таким образом, широтное распределение А. д. нарушается, и поле давления распадается на ряд областей высокого и низкого давлений, к-рые наз. центрами действия атмосферы. С высотой горизонтальное распределение давления становится более простым, приближаясь к широтному. Начиная с высоты ок. 5 км А. д. на всём земном шаре понижается от экватора к полюсам.
В суточном ходе А. д. обнаруживаются 2 максимума: в 9-10 ч и 21-22 ч, и 2 минимума: в 3-4 ч и 15-16 ч. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропич. странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное-1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения А. д. уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодич. изменения А. д.
Лит.: X р г и а н А. X., Физика атмосферы, 2 изд., М., 1958, гл. V; Б у р г е с с Э., К границам пространства, пер. с англ., М., 1957.
АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО,1) совокупность электрич. явлений и процессов в атмосфере; 2) раздел физики атмосферы, изучающий электрические явления в атмосфере и её электрич. свойства. При исследовании А. э. изучают электрич. поле в атмосфере, её ионизацию и проводимость, электрич. токи в ней, объёмные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и мн. др. Все проявления А. э. тесно связаны между собой и на их развитие сильно влияют метеорологич. факторы - облака, осадки, метели и т. п. К области А. э. обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере.
Начало А. э. как науке было положено в 18 в. амер. учёным Б. Франклином, экспериментально установившим электрич. природу молнии, и рус. учёным М. В. Ломоносовым - автором первой гипотезы, объясняющей электризацию грозовых облаков. В 20 ь. были открыты проводящие слои атмосферы, лежащие на высоте более 60-100 км (ионосфера, магнитосфера Земли); установлена электрическая природа полярных сияний и обнаружен ряд др. явлений, изучению к-рых посвящены соответствующие науки, выделившиеся из А. э. Развитие космонавтики позволило начать изучение электрических явлений в более высоких слоях атмосферы прямыми методами. Две основные совр. теории А. э. были созданы англ. учёным Ч. Вильсоном и сов. учёным Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрич. поле атмосферы объясняется всецело электрич. явлениями, происходящими в тропосфере,- поляризацией облаков и их взаимодействием с Землёй, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрич. процессов.
А. э. данного района зависит от глобальных и локальных факторов. Районы, где отсутствуют скопления аэрозолей и источники сильной ионизации, рассматриваются как зоны "хорошей", или "ненарушенной" погоды, здесь преобладают глобальные факторы. В зонах "нарушенной" погоды (в районах гроз, пыльных бурь, осадков и др.) преобладают локальные факторы.
Э л е к т р и ч е с к о е п о л е а т м о с ф е р ы. В тропосфере все облака и осадки, туманы, пыль обычно электрически заряжены; даже в чистой атмосфере постоянно существует электрич. поле. Исследования в зонах "хорошей" погоды, начатые в 19 в., показали, что у земной поверхности существует стационарное электрич. поле с напряжённостью Е, в среднем равной ок. 130 в/м. Земля при этом имеет отрицат. заряд, равный ок. 3-105 к.аатмосфера в целом заряжена положительно. Однако при осадках и особенно грозах, метелях, пылевых бурях и т. п. напряжённость поля может резко менять направление и величину, достигая иногда 1000 в/м. Наибольшие значения Е имеет в средних широтах, а к полюсам и экватору убывает. В зонах "хорошей" погоды Е с высотой в целом уменьшается, напр. над океанами. Вблизи земной поверхности, в т. н. слое перемешивания толщиной 300-3000 м, где скапливаются аэрозоли, Е может с высотой возрастать (рис. 1). Выше слоя перемешивания Е убывает с высотой по экспоненциальному закону и па высоте 10 км не превышает неск. е/м. Это убывание Е связано с тем, что в атмосфере содержатся положит. объёмные заряды, плотность к-рых также быстро убывает с высотой.
Рис. 1. Изменение напряжённости электрич. поля Е с высотой Н. 1 - Ленинград; 2 - Киев; 3 - Ташкент.
Разность потенциалов между Землёй и ионосферой составляет 200-2.50 кв. Напряжённость электрич. поля Е меняется во времени. Наряду с локальными суточными и годовыми вариациями Е отмечаются синхронные для всех пунктов суточные (см. кривые / и 2, рис. 2) и годовые вариации Е - т. н. унитарные вариации. Унитарные вариации связаны с изменением электрич. заряда Земли в целом, локальные-с изменениями величины и распределения по высоте объёмных электрич. зарядов в атмосфере в данном районе.
Рис. 2. Суточный ход унитарной вариации напряжённости электрич. поля Е: 1 - над океанами; 2 - в полярных областях; 3 - изменение площади S, занятой грозами, в течение суток.
Электрич. проводимость атмосферы. Электрич. состояние атмосферы в значит. степени определяется её электрич. проводимостью X, к-рая создаётся ионами, находящимися в атмосфере. Наличие ионов в атмосфере и является причиной потери заряда изолированным заряженным телом при соприкосновении с воздухом (явление, открытое в конце 18 в. французским физиком Ш. Кулоном). Электрическая проводимость X зависит от количества ионов, содержащихся в единице объёма (их концентрации), и их подвижности. Основной вклад в X вносят лёгкие ионы, обладающие наибольшей подвижностью и>10- 5м2-сек-1 -в-1 .
Электрическая проводимость атмосферы очень мала и может сравниться с проводимостью хороших изоляторов. У земной поверхности в среднем Х = = (1-2)-10-18 ом-1-.м-1 и увеличивается с высотой примерно по экспоненциальному закону; на высоте ок. 30 км X достигает значений, почти в 150 раз больших, чем у земной поверхности. Выше проводимость увеличивается ещё более, причём особенно резко с высот, до к-рых проникают ионизующие излучения Солнца и где начинается образование ионосферы, проводимость к-рой прибл. в 1012 раз больше, чем в атмосфере вблизи земной поверхности.
Осн. ионизаторы атмосферы: 1) кос-мич. лучи, действующие во всей толще атмосферы; 2) излучение радиоактивных веществ, находящихся в Земле и воздухе; 3) ультрафиолетовое и корпускулярное излучения Солнца, ионизующее действие к-рых заметно проявляется на высотах более 50-60 км. Концентрация лёгких ионов возрастает с увеличением интенсивности ионизации и уменьшением концентрации частиц в атмосфере, поэтому концентрация лёгких ионов растёт с высотой. Этот факт в сочетании с увеличением подвижности ионов при уменьшении плот ности воздуха объясняет характер изменения X и Я с изменением высоты.
Э л е к т р и ч е с к и й т о к в а тм о с ф е р е. Движение ионов под действием сил электрического поля создаёт в атмосфере вертикальный ток проводимости in=ex., со средней плотностью, равной ок. (2-3)-10-12 а/м2. Т. о., в зонах "хорошей" погоды сила тока на всю поверхность Земли составляет ок. 1800 а. Время, в течение к-рого заряд Земли за счёт токов проводимости атмосферы уменьшился бы до 4/е~0,37 от своего первоначального значения, равно ~ 500 сек. Т. к. заряд Земли в среднем не меняется, то очевидно, что существуют "генераторы" А. э., заряжающие Землю. Помимо токов проводимости, в атмосфере текут значит. электрич. диффузионные и кон-вективные токи.
"Г е н е р а т о р ы" а т м о с ф е рн о г о э л е к т р и ч е с т в а. "Генераторами" А. э. в зонах нарушенной погоды являются пылевые бури и извержения вулканов, метели и разбрызгивание воды прибоем и водопадами, облака и осадки, пар и дым пром. источников и т. д. При почти всех перечисленных явлениях электризация может проявляться весьма бурно: извержение вулканов, песчаные бури и даже метели приводят иногда к образованию молний; всё же наибольший вклад в электризацию атмосферы вносят облака и осадки.
По мере укрупнения частиц облака, увеличения его толщины, усиления осадков из него растёт его электризация. Так, в слоистых и слоисто-кучевых облаках плотность объёмных зарядов p=3-10-12 к/км3, что прибл. в 10 раз превышает их плотность в чистой атмосфере, а в грозовых облаках р доходит до 3-10-8 к/м3. Облака могут быть заряжены положительно в верхней части и отрицательно в нижней, но могут иметь и противоположную полярность, а также преимущественный заряд одного знака. Плотность тока осадков на Землю из слоисто-дождевых облаков гос~ 10-12 а/м2, в то время как из грозовых гос= 10-9а/м2. Полная сила тока, текущего на Землю от одного грозового облака, в средних широтах равна ок. -(0,01-0,1) а, а ближе к экватору до -(0,5-1,0) а. Сила токов, текущих в самих этих облаках, в 10 - 100 раз больше силы токов, притекающих к Земле. Т. о., гроза в электрич. отношении подобна короткозамкнутому генератору.
При высоких значениях электрич. поля у земной поверхности порядка 500 - 1000 в/м начинается электрич. разряд с острых вытянутых предметов (травы, деревьев, мачт, труб и т. д.), к-рый иногда становится видимым (т. н. огни св. Эльма, особенно яркие в горах и на море, см. Эльма огни). Возникающие при метелях, ливнях и особенно грозах токи коронирования способствуют обмену зарядами между Землёй и атмосферой. Т. о., электрич. поле Земли и ток Земля - атмосфера в зонах хорошей погоды поддерживаются процессами в зонах нарушенной погоды. На земном шаре одновременно существует ок. 1800 гроз (см. кривую 3, рис. 2); суммарная сила тока от них, заряжающего Землю отрицат. зарядом, доходит до 1000 а. Облака слоистых форм, хотя и менее активные, чем грозовые, но зато покрывающие ок. половины земной поверхности, также вносят существенный вклад в поддержание эдектрич. поля Земли. Исследования А. э. позволяют выяснять природу процессов, ведущих к колоссальной электризации грозовых облаков, в целях прогноза и управления ими; выяснить роль электрич. сил в образовании облаков и осадков; они дадут возможность снижения электризации самолётов и увеличения безопасности полётов, а также раскрытия тайны образования шаровой молнии.
Лит.: Френкель Я.И., Теория явлений атмосферного электричества, Л.-М., 1949; Тверской П.Н., Атмосферное электричество, Л., 1949; Имянитов И.М., Приборы и методы для изучения электричества атмосферы, М., 1957; Имянитов И. М. и Ш и ф р и н К. С., Современное состояние исследований атмосферного электричества, "Успехи физических наук", 1962, т. 76, в. 4, с. 593; Имянитов И. М. и Чубарина Е. В., Электричество свободной атмосферы, Л., 19135. И. М. Имянитов.
АТМОСФЕРНЫЕ ПОМЕХИ РАДИОПРИЁМУ, помехи радиоприёму от электрич. процессов, непрерывно происходящих в атмосфере Земли. Каждое нерегулярное изменение (разряд и др.) атм. электричества вызывает излучение электромагнитных волн всевозможной длины, действие к-рых на антенну радиоприёмника проявляется на его выходе в виде шумов и тресков (громкоговоритель), штрихов или чёрточек (кинескоп) и др. Уровень принятых антенной А. п. р. зависит от расстояния и условий распространения радиоволн (в данное время дня и года) между источником их возникновения и местом приёма. Наиболее мешают А. п. р. на длинных и средних волнах радиовещат. диапазона; с переходом на короткие волны помехи резко ослабевают. Особенно сильные А. п. р. создают грозовые разряды. В СССР наиболее сильный грозовой очаг расположен на Ю.-В. страны. Для ослабления действия А. п. р. применяют направл. антенны, когда направление на принимаемую радиостанцию отлично от направления на источник помех, и спец. схемы радиоприёмников.
АТМОСФЕРНЫЙ ВОЛНОВОД, слой воздуха, непосредственно примыкающий к поверхности Земли или приподнятый над ней, к-рый отклоняет распространяющиеся в нём радиоволны к поверхности Земли. При определённых метеорологич.
Атмосферный волновод, в котором радиоволны могут распространяться на большие расстояния вдоль поверхности Земли.
условиях, когда темп-pa убывает с высотой медленнее, а влажность воздуха быстрее, чем при нормальных условиях, волна, вышедшая под небольшим углом к горизонту, на нек-рой высоте испытывает полное отражение, отклоняется обратно к земной поверхности и отражается от неё. Этот процесс может повторяться многократно, в результате чего радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли на большие расстояния без заметного ослабления (рис.). Такой способ распространения радиоволн в атмосфере наз. волноводным, он напоминает распространение радиоволн в радиоволноводах. В А. в. могут распространяться волны, для к-рых длина волны X меньше нек-рого критич. значения Хкр (обычно Хкр <50- 100 м), т. е. дециметровые, сантиметровые и более короткие волны (подробнее см. Распространение радиоволн). М. Б. Виноградова.
АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, способность полимерных материалов выдерживать действие различных атмосферных агентов (солнечной радиации, тепла, кислорода воздуха, влаги, пром. газов и т. д.) без значительного изменения внешнего вида и эксплуатац. свойств (механич., диэлектрических и др.). Устойчивость различных видов полимерных материалов к действию отдельных атм. агентов неодинакова. Так, волокна и плёнки наиболее чувствительны к воздействию солнечной радиации, непрозрачные пластмассы - к действию тепла, резины - озона. Критерием А. п. м. служит измене-fine к.-л. эксплуатац. свойства материала за определённое время экспозиции или время экспозиции, за к-рое происходит определённое изменение этих характеристик (напр., время до появления трещин, время до разрыва и т. д.). Выбор характеристики, по к-рой судят об А. п. м., определяется типом материала. Так, атмосферостойкость лакокрасочных покрытий оценивается по изменению их внешнего вида (блеска, цвета, степени растрескивания и др.) и защитных свойств.
А. п. м. во многом определяется интенсивностью воздействия атм. агентов и, следовательно, зависит от климата местности. Поэтому при оценке А. п. м. всегда учитывают климатическую зону, в которой проводилось испытание. Часто А. п. м. определяют не в естественных, а в лабораторных условиях ускоренными методами. Для этой цели пользуются различными приборами, напр. в е з е р о м е т р а м и, к-рые воспроизводят одновременно действие различных атмосферных агентов. А. п. м. сильно зависит от хим. и физ. структуры полимера и от характера введённых в него ингредиентов. Примеры полимерных материалов с хорошей атмосферостойкостью - крем-нийорганические каучуки, полиакрило-нитрильные волокна, пластмассы на основе полиамидов, полиметилметакри-лата, ацетилцеллюлозы и др. А. п. м. повышают различными стабилизаторами полимерных материалов.
АТМОСФЕРЫ ЗВЁЗД, внешний слой звёзд, в котором происходит образование спектра их излучения. Различают собственно атмосферу - слой, в к-ром возникает линейчатый спектр, и более глубокую фотосферу, дающую непрерывный спектр; однако резкой границы между ними нет. Под фотосферой, свечение к-рой определяет блеск звезды, находятся недоступные наблюдениям глубинные слои звезды, содержащие источники энергии. Через фотосферу энергия переносится в основном лучеиспусканием. Для звёзд с постоянным блеском излучение каждого элементарного объёма фотосферы происходит за счёт поглощаемой им лучистой энергии (лучистое равновесие). Построение моделей А. з. (вычисление распределения плотности, давления, темп-ры и др. физ. характеристик атмосферы по глубине) позволяет теоретически рассчитать распределение энергии в непрерывном и линейчатом спектре звезды. Сравнение тео-ретич. и наблюдаемого спектров для звёзд различных классов является критерием правильности положенных в основу теории предположений. Осн. сведения о звёздах (хим. состав, движения в атмосфере, вращение, магнитные поля) получены на основе изучения их спектров.
Один из важнейших параметров теории А. з.- коэффициент поглощения звёздного вещества, т. к. он определяет гео-метрич. глубину фотосферы. Для горячих звёзд осн. роль играет поглощение лучистой энергии атомами водорода (для очень горячих добавляется поглощение гелием и рассеяние свободными электронами), в атмосферах холодных звёзд - отрицательными ионами водорода. Хим. состав внешних слоев А. з. определяют сравнением наблюдённой и теоретической (полученной методом кривой роста или из модели А. з.) эквивалентной ширины линий поглощения (т. е. ширины соседнего с линией участка непрерывного спектра, энергия к-рого равна энергии, поглощённой в линии). Наиболее распространённые элементы - водород и гелий; за ними - углерод, азот, кислород. Число атомов всех металлов составляет примерно одну десятитысячную числа атомов водорода. К 60-м гг. 20 в. подробно рассчитаны звёздные модели всех спектральных классов, к-рые в общем хорошо объясняют их наблюдаемые спектры. В общих чертах хим. состав А., з. одинаков, однако наблюдаются существенные отклонения, связанные как с особым состоянием атмосфер (магнитные звёзды, тесные двойные звёзды), так и с реальными различиями в хим. составе (красные звёзды-гиганты, металлич. "гелиевые", "бариевые" и "литиевые" звёзды и др.), вероятно, вызванными эволюционными процессами. Такие звёзды и звёздные группы изучают особенно интенсивно.
Лит.: Мустель Э. Р., Звездные атмосферы, М., 1960; Аллер Л., Распространенность химических элементов [во вселенной], пер. с англ., М., 1963; Звездные атмосферы, пер. с англ., М., 1963; Теория звездных спектров, М., 1966; С о б о л е в В. В., Курс теоретической астрофизики, М., 1967.
А. Г. Масевич.
АТМОСФЕРЫ ПЛАНЕТ, внешние газовые оболочки планет. Атмосферами обладают все большие планеты Солнечной системы, за исключением, может быть, Меркурия и Плутона. Атмосфера обнаружена также у спутника Сатурна - Титана; возможно, она существует также у спутников Юпитера: Ио, Европы и Га-нимеда. См. Планеты, а также статьи об отдельных планетах.
Лит.: Мороз В.И., Физика планет, М., 1967; Брандт Дж., Ходж П., Астрофизика солнечной системы, пер. с англ., М., 1967.
АТМОФИЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, типичные для атмосферы Земли химич. элементы. По геохимической классификации элементов к А. э. относятся: водород, азот и инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон). Кислород, слагающий 47% литосферы, принадлежит к литофилъным элементам.
АТОЛЛ (от мальдивск. атолу), коралловый остров, имеющий форму сплошного или разорванного кольца, окружающего лагуну небольшой глубины (до 100 м). Образован гл. обр. известковыми постройками колониальных кораллов. А. обычно невелики, но иногда достигают 50 км и более в диаметре. Встречаются в открытом море в тропич. широтах; особенно часто в центр. части Тихого ок., иногда целыми архипелагами. Происхождение А., по гипотезе Ч. Дарвина, объясняется медленным погружением острова, первоначально окружённого барьерным рифом, к-рый постепенно надстраивается кораллами.
АТОМ (от греч. atomos - неделимый), частица вещества микроскопич. размеров и очень малой массы (м и к р о ч а с т и ц а), наименьшая часть хим. элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род А., обозначаемых символом элемента (напр., А. водорода Н; А. железа Fe; А. ртути Hg; А. урана U).
А. могут существовать как в с в о б о дн о м состоянии, в газе, так ив связанном. Соединяясь химически с А. того же элемента или А. др. элементов, они образуют более сложные микрочастицы - молекулы; всё огромное многообразие хим. соединений обусловлено различными сочетаниями А. в молекулах. Связываясь друг с другом непосредственно или в составе молекул, А. образуют жидкости и твёрдые тела.
Свойства макроскопич. тел - газообразных, жидких и твёрдых - и свойства отдельных молекул зависят от свойств входящих в их состав А. Все свойства А., физические и химические, определяются его строением как системы, состоящей из ядра и электронов, и подчиняются характерным для микроскопич. явлений к в а н т о в ы м з а к о н а м. Ниже излагаются совр. представления о строении и свойствах А. (историй развития учения об А. см. в ст. Атомная физика).
Общая характеристика строения атома. А. состоит из тяжёлого ядра, обладающего положительным электрич. зарядом, и окружающих его лёгких электронов с отрицательными электрич. зарядами, образующих электронные оболочки А. Размеры А. в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра А. Характерные порядки размеров:
Линейные размеры
Площадь*
Объём
Атом
10-8 см
10-16 см2
10-24 см3
Ядро
10-1,2 см
10-21 см2
10-36 см3
Отношение
104
108
1012
* Поперечное сечение.
Электронные оболочки А. не имеют строго определённой границы; значения размеров А. в большей или меньшей степени зависят от способов их определения и весьма разнообразны (см. Атомные радиусы).
Заряд ядра - осн. характеристика А., обусловливающая его принадлежность определённому элементу. Заряд ядра всегда является целым кратным элементарного положительного электрич. заряда е, равного по абс. значению заряду электрона -е. Заряд ядра равен + Ze, где Z - порядковый номер (атомный номер). 2 = 1, 2, 3, 4,... для А. последовательных элементов в периодической системе элементов Менделеева, т. е. для атомов Н, Не, Li, Be, ... В не й-тральном А. ядро с зарядом +Ze удерживает Z электронов с общим зарядом -Ze и полный заряд А. равен нулю; в положительном ионе - А., потерявшем k электронов (ионизованном А.), остаётся Z-k электронов (k =1,2, 3, ...-кратность ионизации) и его заряд равен +ke; в отрицательном ионе - А., присоединившем k электронов,- содержится Z + k электронов, и его заряд равен -ke. Для положит. иона макс. значение k=Z (такой ион потерял все свои электроны и состоит из "голого" ядра); для отрицательного свободного иона fe = l; для связанных А. возможно образование отрицат. ионов с k>l (в растворах, комплексных соединениях и ионных кристаллах). Говоря об А. определённого элемента, подразумевают как нейтральные А., так и ионы этого элемента. Но иногда под А. понимают нейтральный А., в противоположность ионам. Положительные и отрицат. ионы при написании отличают от нейтрального А. индексом k+ и k-, напр. О обозначает нейтральный А. кислорода (Z=8), O+, О2+(или О++), О3+,..., О8+- его положит, ионы, О- , О2- (или О- ) - его отрицат. ионы. Совокупность нейтрального А. и ионов др. элементов с тем же числом электронов образует изоэлектронный ряд. Простейший такой ряд начинается с А. водорода: H,He+,Li2+, Be3+,...; члены этого ряда состоят из ядра и одного электрона.
Порядок значений зарядов ядер различных А. был определён англ. физиком Э. Резерфордом в его первонач. опытах по рассеянию альфа-частиц (1911). Значения Z были надёжно установлены англ, физиком Г. Мозли (1913-14) на основе изучения рентгеновских спектров последовательных элементов в периодич. системе. Кратность заряда ядра А. элементарному заряду е получила объяснение, исходя из представлений о строении ядра: Z равно числу протонов в ядре, протон имеет заряд +е, и полный заряд ядра равен сумме зарядов всех Z протонов, т. е. +Ze.
Масса атома возрастает с увеличением Z. Масса ядра А. приближённо пропорциональна массовому числу А -общему числу протонов и нейтронов в ядре. Масса электрона (0,91 • 10-27 г) значительно меньше (примерно в 1840 раз) массы . протона или нейтрона (1,67-10-24 г), и поэтому масса А. в целом определяется в основном массой его ядра.
А. данного элемента могут отличаться массой ядра (число протонов Z постоянно, число нейтронов А-Z может меняться); такие разновидности А. одного и того же элемента наз. изотопами. Различие массы ядра почти не сказывается на строении их электронных оболочек, зависящем от заряда ядра Z. Химические и большинство физ. свойств (оптич., электрические, магнитные), определяемые строением электронных оболочек, одинаковы или очень близки для всех изотопов данного элемента. Наибольшие отличия в свойствах (и з о т о п и ч е с к и е э ф ф е к т ы) получаются для изотопов водорода (Z = l) из-за большой разницы в массах обычного лёгкого А. водорода (А=1), А. дейтерия (А =2) и А. трития (А=3).
Масса А. приближённо равна массовому числу А и изменяется от 1,67-10-24г для самого лёгкого А. водорода (основного изотопа: Z = 1,A = 1) до примерно 4-10-22г для самых тяжёлых А. трансурановых элементов (Z = 100, А=250).
Наиболее точные значения масс А. могут быть определены методами масс-спектроскопии. Масса А. не равна в точности сумме массы ядра и масс электронов, а несколько меньше - на дефект массы AM = W/c2, где W - энергия образования А. из ядра и электронов, а с - скорость света. Эта поправка - порядка массы одного электрона тe для тяжёлых А., а для лёгких А. пренебрежимо мала (порядка 10-4 массы электрона).
Э н е р г и я а т о м а и е ё к в а н т о в а н и е. Благодаря малым размерам и большой массе ядра его можно приближённо считать точечным и покоящимся в центре масс А. (общий центр масс ядра и электронов находится вблизи ядра, а скорость движения ядра относительно центра масс А. мала по сравнению со скоростями движения электронов). Соответственно А. можно рассматривать как систему, в к-рой N электронов с зарядами -е движутся вокруг неподвижного притягивающего центра. Движение электронов в А. происходит в ограниченном объёме - оно является связанным. Полная внутренняя энергия А. Е равна сумме кинетич. энергий всех электронов Т и потенциальной энергии U - энергии притяжения их ядром и отталкивания их друг от друга (э л е к т ро с т а т и ч е с к о й э н е р г и и взаимодействия электрич. зарядов ядра и электронов, согласно закону Кулона).
В простейшем случае А. водорода один электрон с зарядом -е движется вокруг неподвижного центра с зарядом +е. В этом случае, согласно классич. механике, кинетич. энергия
Т = 1 /2 mv2 = р2/2т, (1) где т - масса, v - скорость, p=mv - количество движения (импульс) электрона. Потенциальная энергия (сводящаяся к энергии притяжения электрона ядром) U = U(r)=-e2/r (2) и зависит только от расстояния r электрона от ядра. Графически функция U(r) изображается кривой (рис. 1, я), неограниченно убывающей при уменьшении r, т. е. при приближении электрона к ядру. Значение U (r) на бесконечности принято за нуль. При отрицат. значениях полной энергии E=Т+U<0 движение электрона является связанным: оно ограничено в пространстве значениями r = rmax,при к-рых Т=0, Е = и(rтax). При положит. значениях полной энергии Е=T+U>0 движение электрона является свободным - он может уйти на бесконечность с энергией E=T = 1/2 mv2, что соответствует ионизованному А. водорода Н+. Нейтральный А. водорода Н представляет, т. о., систему, состоящую из ядра и электрона в связанном состоянии с энергией Е<0.
Полная внутренняя энергия А. Е является его основной характеристикой как квантовой системы - системы, подчиняющейся квантовым законам (см. Квантовая механика). Как показывает огромный экспериментальный материал (см., напр., франка - Герца опыт), А. может длительно находиться лишь в состояниях с определённой энергией - стационарных (неизменных во времени) состояниях.
Существование стационарных состояний - один из основных законов физики микроскопич. явлений - квантовой физики. Внутренняя энергия к в а н-
товой системы, состоящей из связанных микрочастиц (такой системой и является А.), может принимать одно из дискретного (прерывного) ряда значений
Каждому из этих "дозволенных" значений энергии соответствует одно или несколько стационарных квантовых состояний движения. Промежуточными значениями энергии (напр., лежащими между E1 и E2, E2 и Ез и т. д.) система обладать не может, о такой системе говорят, что её энергия квантована, а нахождение возможных значений энергии наз. квантованием энергии. Любое изменение |
