С большого расстояния нам было бы хорошо заметно, как реагирует земная атмосфера на все проявления солнечной деятельности. Могучие вихревые движения солнечной оболочки, протуберанцы — выбросы огромных масс раскаленного газа на сотни тысяч километров, вспышки ультрафиолетовой радиации, потоки электронов и атомных ядер, внезапно извергаемых кипящей поверхностью Солнца, — все это сейчас же находит свое отражение в верхних слоях земной атмосферы.

Эти слои первыми встречают поток частиц вещества и энергии, стремящейся к Земле от Солнца и из глубин космического пространства. Именно здесь путем сложных физико-химических реакций этот поток настолько преобразуется, что фотоны и атомные ядра теряют свою колоссальную энергию и приходят к земной поверхности в безопасном для органической жизни состоянии.

Воздействия ультрафиолетового излучения и частиц, извергаемых Солнцем, на верхние слои земной атмосферы вызывают игру полярных сияний, приводят к образованию ионизированных слоев, благодаря которым распространяются на дальние расстояния короткие радиоволны, являющиеся причиной магнитных бурь.

Неустанно действующая сложная совокупность метеорологических, гидрологических, электромагнитных процессов, охватывающих весь земной шар, представляет собой как бы «машину» нашей планеты. Везде ощущается ее ритм. Тысячи станций и постов, сотни обсерваторий во ‘всех странах, во всех уголках земного шара непрерывно следят за этим движением.

В геофизических исследованиях применяется самая передовая техника. Хорошо оснащены экспедиции, работающие в Антарктиде, богато оборудованы корабли, ведущие океанографические исследования во всех океанах. Но особенно широкий размах приобрели работы по изучению верхних слоев атмосферы и космического пространства, проводимые посредством геофизических ракет и искусственных спутников Земли.

Геофизические ракеты и спутники используются в СССР главным образом в трех направлениях: для изучения верхних слоев атмосферы, для исследования солнечных и космических явлений и, наконец, для изучения условий космического полета.

Получение достоверных данных о структуре и физических свойствах верхних слоев атмосферы исключительно важно. Без знания плотности атмосферы на различных высотах невозможно правильно рассчитать движение ракет и спутников, Нельзя правильно понять целый ряд происходящих в атмосфере процессов.

Измерения давления атмосферы проводятся нашими учеными на ракетах с помощью магнитных электроразрядных и тепловых манометров. Причем советскими учеными разработаны специальные методы исследования в сложных условиях ракетного полета. Учитывая то, что ракета при полете вызывает возмущения в атмосфере, целый ряд приборов размещается не на самой ракете, а на специальном контейнере, который выбрасывается («выстреливается») в полете из ракеты и летит по траектории, проходящей на достаточном расстоянии от ракеты в чистой, не искаженной ее воздействием атмосфере. Советскими учеными была разработана парашютная система для спасения контейнеров с научными приборами.

Как показали опыты, измерения на контейнерах вдали от ракеты дают более достоверные результаты. Так, в первое время отмечались значительные расхождения между результатами советских и американских измерений давления. Они объяснялись по-видимому, тем, что американцы ставили свои приборы на самой ракете. Большое количество воздуха, захваченного ракетой с Земли и постепенно из нее выходящего, создает помехи в измерениях. В последнее время американские ученые внесли поправки в свои результаты, после чего данные измерения стали более близкими к советским. Наибольшая высота, на которой произведено непосредственное измерение давления атмосферы к настоящему времени, — это 260 километров. Здесь отмечено давление, составляющее несколько десятимиллионных долей миллиметра ртутного столба.

Существенные данные о распределении плотности атмосферы на различных высотах дает анализ торможения спутников, в особенности первого, имевшего правильную шарообразную форму.

Химический состав атмосферы определяется нашими учеными с помощью спектральйого анализа проб воздуха, взятых в стеклянные баллоны. Результаты анализа показывают, что до высоты 80 километров состав газов — кислорода, азота, аргона — сохраняется тот же, что и у земной поверхности. Однако на высоте около 90 километров начинается, вероятно, некоторое расслоение атмосферы, так как доля наиболее тяжелого газа — аргона — слегка уменьшается.

Такой метод взятия проб может быть применен до высот 120-150 километров. Далее, вследствие очень малой плотности воздуха, количество его, захваченное в баллоны, будет недостаточным для анализа. Поэтому на высотах свыше 150 километров применяется радиочастотный масс-спектрометр. Это небольшой прибор, который производит анализ ионизированного газа на месте и по радио передает результаты на Землю. С помощью этого прибора отмечено наличие ионов окиси азота и атомарного кислорода на больших высотах.

С помощью высотных ракет производились также исследования ионной концентрации на различных высотах. Очень важные новые данные о строении ионосферы получены при запуске ракеты 21 февраля 1958 года, когда удалось измерить концентрацию электронов до высоты 470 километров.

Измерения радиосигналов, посылаемых спутниками из области, лежащей за максимумом ионной концентрации, позволяют определить некоторые характеристики ионосферы, недоступные для измерения с земной поверхности. Изучение ионосферы — ионизированных областей, расположенных в верхних слоях атмосферы, — имеет большое практическое значение, так как эти слои определяют распространение коротких радиоволн.

С помощью геофизических ракет и искусственных спутников стало возможным изучение состава первичного космического излучения и коротковолновой части солнечного спектра. Космическое излучение представляет собой поток атомных ядер различных элементов, летящих с очень большой скоростью и обладающих очень высокой энергией. Определяя соотношение между потоком ядер различных элементов, возможно получить представление об источниках космических лучей и в какой-то степени понять условия распространения этих лучей в межзвездном пространстве.

Космические частицы, подходя к Земле, отклоняются ее магнитным полем. В полярные области попадают частицы с малыми энергиями, а в экваториальную зону — только с большими. Быстрое перемещение спутника из одной широтной зоны в другую дает возможность получить представление о количестве частиц с разной энергией.

Аппаратура для измерения космических лучей была установлена на втором спутнике. Она представляла собой сдвоенную систему счетчиков и соответствующую электронную схему для передачи по радио сведений и зарегистрированных импульсов. Приборы исправно работали в течение нескольких суток.

Большой интерес представляет зафиксированное на втором советском спутнике распределение интенсивности космического излучения по высоте, а также отмеченное на спутнике кратковременное значительное усиление космического излучения.

На втором искусственном спутнике были также установлены приборы для исследования солнечного спектра. Такое исследование очень важно для выяснения физических процессов, происходящих на Солнце, главным образом в его хромосфере и короне и для установления связи между вариациями солнечной деятельности и явлениями в атмосфере.

Перспективы, открывающиеся с применением искусственных спутников, колоссальны. Спутники можно будет использовать для многих научных и практических целей, например, для трансляции телевизионных программ по всему земному шару, для создания заатмосферных астрономических обсерваторий, для наблюдения за метеорологическими процессами.

На очереди стоят проблемы выхода ракеты с приборами на далекое расстояние от Земли для исследования физических свойств межпланетного пространства, а затем для исследования Луны и ближайших к Земле планет.