Приемником в самописце давления — барографе — служит барометрическая коробка (как в анероиде), из которой выкачан воздух. Под влиянием повышения или понижения давления, коробка соответственно сжимается или расширяется, и при помощи рычажков ее движения передаются перу.

В самописце температуры — термографе — приемником служит металлическая пластинка, спаянная из двух металлов, имеющих различный коэффициент расширения. Поэтому при изменениях температуры каждый из металлов расширяется или сжимается различно, пластинка искривляется, и ее движения также передаются перу.

В самописце ветра — анемографе — вращается Робинзонова вертушка, и известному числу ее поворотов отвечает замыкание электрического тока, рисующее на барабане зубец. Чем чаще, идут эти зубцы, тем сильнее, значит, дует ветер. Есть очень сложные анемографы, записывающие одновременно изменения и скорости, и направления ветра.

В самописце влажности — гигрографе — изменения влажности регистрируются посредством изменений длины пучка женских волос, о которых мы уже говорили.

Вращение барабана, на котором получается кривая, может быть рассчитано так, чтобы полный оборот совершался в сутки, или в неделю, или в месяц. Соответственно этому бывают "суточные", "недельные" или "месячные" самописцы. По истечений срока, на который рассчитано вращение барабана, нужно только вновь завести механизм, сменить наложенную на барабан бумагу, и прибор будет писать снова без всякой работы с нашей стороны.

Нужно только заметить, что все эти "графы" — приборы относительные, т. е. дающие не сами величины элементов, а их изменения. Куда мы поставили перо, оттуда оно и пойдет писать. Записи самописцев поэтому постоянно сравниваются с "абсолютными" приборами — барометром, термометром, психрометром и т. п., так что самописцы не освобождают человека от необходимости делать срочные метеорологические наблюдения, а лишь заменяют его на промежутки между ними. В момент наблюдения по абсолютным приборам наблюдатель делает на соответствующем самописце метку, приподнимая перо, чтобы иметь потом возможность сравнить, что наблюдалось по прибору и что дал самописец. Проверять приходится и часы барабана, которые могут, как всякие часы, и отстать, и уйти вперед. После, на основании всех этих отметок, производится "обработка" в кривых самописцев.

КАК НАУКА ИСПОЛЬЗУЕТ ВОЗДУШНЫЕ ЗМЕИ

Кто из нас в свое время не развлекался пусканием воздушных змеев, стараясь запустить их как можно выше? Нет ничего странного в том, что с пробуждением интереса к высоким слоям атмосферы ученым пришла мысль попробовать поднять на змеях метеорологические инструменты. Первая такая попытка была сделана в Англии в 1749 г. Вильсоном и Мельвиллем, которые подняли на змеях термометры особого устройства. Но настоящее научное значение получили только подъемы самопишущих инструментов, причем змеи берутся не плоские, а коробчатые, прямоугольные, треугольные или цилиндрические с полулунным сечением. Первый коробчатый змей был построен Харгрэвом, в 1890 г., и этот тип змея с различными изменениями применяется и до сих пор. Запускаются такие змеи на струнной проволоке, при помощи механических или электрических лебедок, и часто к основному "головному" змею присоединяются вспомогательные, так что в воздухе реет целая гирлянда змеев.

Рис. 56. Змей с полукруглым сечением для исследований атмосферы.

Рис. 57. Змейковый метеорограф В. В. Кузнецова.

К головному змею подвешивается и особый прибор — "метеорограф": это соединение всех уже описанных самописцев, только в более маленьком виде. Тут и барограф, и термограф, и гигрограф, и маленький анемограф с Робинзоновой мельничкой. Каждый пишет на барабане свою кривую. Когда полет окончен и прибор снят, производится обработка этих кривых, т. е. вычисление по давлению и температуре высот, на которые поднимался прибор, а затем вычисляют точнее самую температуру, влажность и ветер на каждой высоте.

На рисунках изображены две такие записи змейкового метеорографа системы В. В. Кузнецова и самый метеорограф. Первое — подъем с "инверсией" — так как температура с высотой до границы стратосферы убывает, то обычно кривая температуры в точности походит на кривую давления, воспроизводя все ее колебания; в данном же примере уже почти с начала подъема прибора кривая температуры начинает опускаться, когда кривая давления поднимается, — значит, в воздухе имеется слой потепления с высотой, или инверсия.

Рис. 58. Запись змейкового метеорографа. Верхняя кривая изображает скорость ветра, вторая — влажность, третья — температуру, четвертая — давление воздуха. Подъем с инверсией: температура возрастает с уменьшением давления, т. е. с возрастанием высоты.

Второе — подъем без инверсии; кривые давления и температуры имеют одинаковый ход. Такие инверсии всегда радуют наблюдателей во время сильных морозов, которым, кажется, конца не будет. Когда змейковый подъем приносит значительную инверсию, — значит наверху уже имеется течение теплого воздуха, которое скоро достигнет земли, и морозы кончатся.

Если же, наоборот, зимой температура сильно падает с высотой, следует ждать продолжения и даже усиления морозов. В Ленинграде, примерно, можно сказать, что температура, "наблюдаемая" днем на высоте 1000 м, часто к вечеру "спускается" к земле. Если летом на 1000 м температура ниже 0°, к вечеру можно ожидать заморозка.

В зависимости от ветра, змеи можно поднять более или менее высоко, и они достигают таких высот, которые и не снились мальчикам, поднимающим игрушечные змеи. Мировой рекорд змейкового подъема — 9740 м — почти на километр выше горы Эверест! Этот рекорд достигнут недавно в Аэронавтической обсерватории в Линденберге (близ Берлина), занимающей по аэрологическим наблюдениям первое место в мире. У нас в СССР регулярные змейковые наблюдения (и вообще аэрологические) производятся в Аэрологической обсерватории в Слуцке, под Ленинградом. Здесь в марте 1928. г. достигнута рекордная для СССР высота — 5170 м. Средняя же высота змейковых подъемов составляет 1¹/₂—4 км, и можно сказать, что до высоты 4 км воздух исследован довольно обстоятельно.

Рис. 59. Запись змейкового метеорографа с очень незначительной инверсией близ высшей точки подъема: кривая температуры представляет почти точную копию кривой давления.

ЧТО ДАЮТ АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ

Одно из практических применений аэрологические данные находят в артиллерии. Сопротивление воздуха летящему снаряду зависит от плотности, а та, в свою очередь, от температуры. Поэтому очень важно знать распределение температуры в разных слоях над поверхностью земли.

Не менее важное значение имеют аэрологические данные для всех видов воздушного транспорта. Не зная условий, с которыми он встретится на высоте, летчик летит, можно сказать, "вслепую". Во всех странах существует специальная служба погоды для авиации.

Важное применение находят они и в астрономии. Тут, как известно, большую роль играет преломление лучей небесных светил в земной атмосфере, или рефракция, в силу которой и Луна, и Солнце, и звезды кажутся нам выше над горизонтом, чем они находятся в действительности. Степень преломления лучей в атмосфере зависит от ее плотности, и здесь метеорология оказывает большую услугу астрономии, позволяя точно определить чередование в воздухе более или менее плотных слоев.