Эти "облачные системы" — уже не местного происхождения, а тесно связаны с областями низкого давления, о которых будет речь дальше и которые несут с собою плохую погоду.

КАК НЕВИДИМОЕ СТАНОВИТСЯ ВИДИМЫМ

Если над водой дует ветер, на воде образуются волны. Гельмгольц показал, что волны образуются всегда в том случае, когда два слоя вещества различной плотности движутся один под другим. Если теплый воздух движется над холодным или холодный — под теплым, на границе их раздела образуются волны.

Сами по себе воздушные волны невидимы. Но когда в воздухе достаточно влаги, то, поднимаясь на гребнях волн в более холодные области, он выделяет избыток влаги в виде облаков, которые располагаются по гребням волн правильными грядами. Мы все не раз видели такие волнистые облака. Воздушные волны гораздо больше водяных, и расстояние между их гребнями доходит до 200–500 и более метров.

Рис. 35. Облака в горах.

КАК ОПРЕДЕЛЯЮТ ВЫСОТУ И ДВИЖЕНИЕ ОБЛАКОВ

Высоту низких, а иногда и более высоких облаков можно определить непосредственно при восхождении на гору, при подъеме на шаре или на аэроплане. Чаще, однако, определяют высоту облаков геометрически; наиболее надежный способ — одновременное фотографирование или наблюдение одного и того же облака с двух станций, расстояние между которыми известно.

Такие измерения показали, что перистые облака лежат в среднем на высоте около 9—11 км, мелкие барашки — на 5–7 км, крупные — на 2¹/₂ — 4 км; основание кучевых облаков лежит на 1¹/₂ км, а вершина — на 2¹/₂ — 3 км; вершина грозовых облаков вырастает почти до 10 км; самые низкие слоистые облака располагаются на высотах 300–500 м и ниже, — собственно, до самой поверхности земли.

Так как зимой воздух холоднее и пары сгущаются ближе к земной поверхности, то и высота облаков зимой меньше, чем летом. Оттого зимою облачное небо и кажется нам так низко нависшим.

Направление и скорость движения облаков определяются проще всего так называемым грабельным нефоскопом Бессона. Он действительно похож на грабли, которые могут вращаться вокруг вертикальной оси. Поставив грабли так, чтоб они встали по направлению движения облака, наблюдатель отсчитывает по соединенному с ними указателю направление, откуда движется облако, на неподвижном диске. Чтоб определить скорость облака, замечают по секундомеру, за сколько секунд облако прошло расстояние между двумя зубцами. Примерно определив на основании вида облака его высоту, нетрудно найти и его скорость в соответствующей табличке.

Рис. 36. Грабельный нефоскоп Бессона.

КАК ДАЛЕКО ВИДНЫ ОБЛАКА?

Над какой точкой земной поверхности находится облако, которое мы видим над горизонтом?

Очевидно, облако находится тем дальше, чем больше его высота над земной поверхностью. А. Ф. Вангенгейм в брошюре "Перистые облака, как признак предстоящей погоды" дает табличку, по которой можно приблизительно вычислить расстояние от нас той точки, где облако находится в зените, в зависимости от его высоты над земной поверхностью и его угловой высоты над нашим горизонтом.[8]

Однажды автору пришлось, стоя вечером с наблюдателями на башне обсерватории в Павловске, любоваться великолепной грозой в направлении на северо-северо-западе. Вечер был ясный и тихий, а над горизонтом поднималось рядом два темных грозовых облака, из которых непрерывно сверкали молнии то по направлению к земле, то по направлению от одного облака к другому. "Ну и симпатично сейчас там, где эта гроза разразилась!" заметили мы друг другу. Облака поднимались примерно на высоте 15°—20° над горизонтом; принимай вершину грозового облака на высоте 6,5 км над землей, нетрудно по табличке найти, что оно должно было находиться в удалении около 24 км, т. е. примерно над Ленинградом. И действительно, в этот, день (16/V 1929 г.) над Ленинградом разразилась страшнейшая гроза, продолжавшаяся около 3 часов.

ОТЧЕГО ИДЕТ ДОЖДЬ?

Мы знаем, что облако есть собрание мельчайший водяных капель. Почему же они не падают вниз? Ведь вода тяжелее воздуха. И почему в некоторый момент они начинают падать, да еще в виде вовсе не мельчайших, а очень заметных капель дождя?

Дело в том, что капли начинают падать на землю только тогда, когда достигнут определенного размера. Всякое тело, падающее в воздухе, испытывает его сопротивление, но тяжесть пересиливает это сопротивление. Вес капли — если ее считать шариком — пропорционален объему, т. е. кубу радиуса; сопротивление же воздуха пропорционально поверхности шарика, т. е. квадрату радиуса. Если радиус очень мал, сила тяжести лишь немногим пересиливает сопротивление, и капельки хотя и падают, но чрезвычайно медленно; малейшее восходящее движение воздуха останавливает это падение. Мельчайшие капельки, по исследованиям Ассмана, имеют от 0,006 до 0,017 мм в диаметре; принимая даже размер в 0,02 мм, получим, что в 1 г воды содержится 240 миллионов таких капель!

По мере роста капель, падение их ускоряется; при диаметре 0,15 мм они уже падают сравнительно быстро, — начинается легкий моросящий дождь. При дальнейшем возрастании капель он переходит в более сильный.

Почему же дождевые капли растут?

Во-первых, даже при медленном падении капли в облаке, догоняя одна другую, сливаются. Во-вторых, если одна часть облака холоднее другой, в ней будет происходить более быстрое сгущение паров и получатся более крупные капли. В-третьих, на поверхность капель, в силу явлений поверхностного натяжения, оседают водяные пары из окружающего насыщенного воздуха; наконец, не последнюю роль играют здесь электрические явления.

Так или иначе, при известных условиях капли достигают того предельного размера, при котором они начинают быстро падать на землю; правда, при большой сухости воздуха они иногда успевают испариться по пути, не достигнув земной поверхности.

Рис. 37. Несколько оригинальных снежинок. По фотографиям Бентлея.

"ДОЖДЬ КАК ИЗ ВЕДРА"

Может ли дождь итти не каплями, а сплошными струями, как вылитый из ведра? И какой величины бывают самые большие дождевые капли?

Ботаник и физиолог Визнер произвел ряд опытов; но получить непрерывные струи дождя ему не удалось. Не удалось ему и получить капель весом более 0,268 г: самые большие капли при падении с высоты всего 22 м разрывались на две, причем первая, бóльшая, весила не более 0,2 г. Возможно, что при известных условиях можно получить капли и несколько крупнее, но нет сомнения, что сведения о тропических дождях сплошными потоками или о каплях чуть не в дюйм диаметром нужно отнести к области легенд. Наибольшая капля Визнера в 0,268 г весом имеет в диаметра всего 8 мм. Стало быть, "дождь как из ведра" это только дождь из очень крупных капель, который из-за их быстрого падения кажется нам сплошным.

НЕБЕСНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ, ГДЕ ДЕЛАЕТСЯ СНЕГ

При температурах ниже 0° водяной пар сразу переходит в твердое состояние, и вместо капель получаются ледяные кристаллы. Основной кристалл воды имеет форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника осаждаются затем новые кристаллики, на них — новые, и так получаются те разнообразные формы звездочек-снежинок, которые хорошо знакомы жителям севера. Падая в облаках, звездочки смерзаются в снежные хлопья, увеличивающиеся по мере приближения к земле.