Мы живем на дне воздушного океана, окутывающего Землю, а наши перемещения в толще этого незримого океана минимальны. Мы буквально прижаты к самой поверхности, редко поднимаемся на высоты более нескольких десятков метров. А подъемы на сотни метров и километры (при полетах на самолетах, походах в горы или прыжках с парашютом) случаются очень редко. Однако в эти моменты мы можем понять, что с ростом высоты атмосфера нашей планеты изменяется— она становится более холодной и разреженной.
Это подтверждает устоявшееся мнение о том, что с набором высоты становится все холоднее. Доказательством тому служит и информация о температуре воздуха за бортом во время полета на самолете. Все это так — с ростом высоты температура равномерно падает, достигая отрицательных величин. Но так происходит только до определенного момента, после которого атмосферу начинает буквально «лихорадить».
Земная атмосфера условно разделена на несколько слоев, обладающих различными физическими и химическими свойствами. В каждом из этих слоев наблюдается своя динамика изменения температур, и в этом есть немало удивительного.
Самая низкая часть атмосферы, прилегающая непосредственно к поверхности Земли, называется тропосферой. Именно в ней происходит основная масса погодных явлений и в ней же могут летать пассажирские самолеты. Высота тропосферы не везде одинакова: у полюсов она достигает 9-10 км, а у экватора — до 18 км. Интересной особенностью данного слоя является его температурный режим — каждые последующие 100 метров высоты холоднее предыдущих примерно на 0,65 °С. Это приводит к тому, что у «потолка» тропосферы наблюдается мороз от -50 до -56 °С.
Тропосфера венчается так называемой тропопаузой — слоем воздуха толщиной от сотен метров до 2-3 км. В этом слое температура практически перестает падать, однако над экватором она может достигать -70 °С. Как видно, до этого момента становится все холоднее и холоднее, а что же дальше?
А дальше все изменяется. Над тропосферой расположена стратосфера, ее нижние слои всегда остаются такими же холодными, как и верхняя часть тропопаузы. Однако с подъемом высоты температура начинает расти! До высоты в 25 км этот рост незначителен — стратосфера здесь прогревается всего до -56 °С. А далее происходит резкий скачок повышения температуры и на высоте в 40 км становится совсем тепло — около 0 °С. Такой температура остается на протяжении и последующих 15 км — до границы стратопаузы, очерчивающей собой переход от стратосферы к следующему слою.
Как объяснить рост температуры в стратосфере? В этом слое происходят довольно сложные явления, однако нагрев обеспечивается благодаря взаимодействию ультрафиолетового излучения с молекулами элементов, слагающих воздух, — в основном азота и кислорода. Ведь именно в стратосфере находится озоновый слой, как раз и образующийся из кислорода под воздействием жесткого ультрафиолета.
С высоты около 50 км начинается мезосфера — слой атмосферы, в котором температура сначала повышается (до высоты около 60 км), а потом падает, достигая к 90 км значений вплоть до -90 °С. Подъем температуры связан с тем, что в нижней части мезосферы еще идут реакции образования озона.
На высотах в 80-90 км расположена так называемая мезопауза — переходной слой от мезосферы к термосфере. Именно в мезопаузе наблюдается самая низкая температура в земной атмосфере — вплоть до -225 °С! После этого момента температура с увеличением высоты только поднимается.
Термосфера, лежащая над мезосферой, получила свое название как раз из-за господствующих в ней высоких температур. На высотах в 250-300 км она становится по-настоящему горячей — до + 1700 °С!
Здесь необходимо сделать одно очень важное замечание. О температуре в привычном нам понимании этого слова можно говорить лишь до высот порядка 100 км. Дело в том, что с ростом высоты плотность атмосферы резко падает — более 80 % массы атмосферного воздуха сосредоточено в тропосфере. А на высотах в 120-150 км (то есть фактически в атмосфере!) уже летают искусственные спутники и космические корабли. Известно, что температура газов определяется скоростями составляющих их молекул, вот и получается, что на больших высотах, где воздух крайне разрежен, молекулы и атомы движутся с большими скоростями, эквивалентными температурам от +400 до +2000 °С и более. Но этих молекул так мало, что они практически не в состоянии сколько-либо заметно поднять температуру летающих в термосфере, а также в экзосфере (следующем слое, располагающемся на высотах от 800 до 2000-3500 км) космических аппаратов.
Итак, с ростом высоты температура сначала падает, потом растет, потом снова падает и снова растет. Поэтому, с физической точки зрения, нельзя говорить о постоянном похолодании с набором высоты. Однако из-за резкого снижения плотности воздуха с высотой эти температурные колебания практически сглаживаются: ни сильнейший мороз на отметке в 85 км, ни 2000-градусная жара на высоте в 250 км практически не ощущается спутниками и людьми в скафандрах. Температуры тел на таких высотах уже в значительной степени зависят от солнечного нагрева, а не от степени теплоты атмосферы.
В предыдущем утверждении необходимо добавить условие pn/2.
Мы доказали теорему: Для любого четного числа n>6 существует пара простых чисел p, p’, pn/2 таких, что p+p’=n. В доказательстве теоремы существенно используется наша аксиома спуска.
С уважением, Б.С.Кочкарев