Когда начали изучать атмосферу

Человечество с древнейших времён наблюдало за небесными явлениями, пытаясь понять природу окружающего мира. Воздушная оболочка Земли долгое время оставалась загадкой, скрывая свои свойства от исследователей. Систематическое изучение атмосферы началось лишь с развитием научного метода и появлением измерительных приборов. Накопление знаний о составе, давлении и свойствах воздуха шло постепенно на протяжении столетий. Рассмотрим ключевые этапы становления атмосферных наук от античных философов до современных метеорологов.

Античные представления

Древнегреческие мыслители создали первые теоретические модели строения воздушной оболочки планеты. Аристотель в IV веке до нашей эры предложил концепцию четырёх элементов, где воздух занимал промежуточное положение. Философ считал атмосферу сферой между земной поверхностью и огненным эфиром небес.

Наблюдения за погодными явлениями велись систематически в различных цивилизациях древности. Вавилонские жрецы фиксировали облачность, осадки и ветры для предсказания урожаев. Китайские летописцы документировали необычные атмосферные события на протяжении тысячелетий. Записи содержали сведения о засухах, наводнениях и редких оптических феноменах.

Греческий философ Теофраст написал трактат «О признаках погоды» около 300 года до нашей эры. Работа содержала наблюдения о связи между атмосферными явлениями и предстоящими изменениями. Автор описал более 200 признаков для предсказания ветра, дождя и штормов. Книга оставалась основным метеорологическим пособием более тысячи лет.

Эпоха научной революции

Изобретение барометра Эванджелистой Торричелли в 1643 году стало прорывом в понимании атмосферного давления. Итальянский учёный продемонстрировал, что воздух обладает весом и оказывает давление. Ртутный столб высотой 760 миллиметров уравновешивал давление атмосферы на уровне моря. Открытие опровергло древнее представление о «боязни пустоты» как причине подъёма жидкостей.

Блез Паскаль развил идеи Торричелли, организовав эксперименты на различных высотах. Французский математик поручил зятю Флорену Перье провести измерения давления на горе Пюи-де-Дом. Барометр показал снижение давления с высотой, подтвердив весомость воздушной оболочки. Результаты доказали, что атмосфера имеет ограниченную протяжённость и не простирается бесконечно.

Роберт Бойль установил обратную зависимость между давлением и объёмом газа в 1662 году. Английский химик использовал вакуумный насос для экспериментов с воздухом. Закон Бойля-Мариотта стал фундаментальным для понимания поведения атмосферных газов. Открытие положило начало количественному изучению свойств воздуха.

Исследование состава

Химический анализ атмосферы начался во второй половине XVIII века с открытием отдельных газов. Основные компоненты воздушной смеси были идентифицированы в течение нескольких десятилетий.

Ключевые этапы раскрытия состава включали следующие открытия:

1. Джозеф Блэк выделил углекислый газ в 1754 году при изучении процессов горения и дыхания. Шотландский химик назвал вещество «связанным воздухом» за его свойство поглощаться щелочами. Эксперименты показали, что углекислота составляет небольшую долю атмосферы и увеличивается при дыхании.
2. Джозеф Пристли получил кислород в 1774 году нагреванием оксида ртути в фокусе линзы. Английский учёный обнаружил, что новый газ поддерживает горение лучше обычного воздуха. Мыши жили дольше в атмосфере этого вещества по сравнению с закрытым пространством.
3. Даниель Резерфорд описал азот в 1772 году как остаток после удаления кислорода и углекислоты. Газ не поддерживал ни горение, ни дыхание живых существ. Последующие измерения установили, что азот составляет около 78% объёма атмосферы.
4. Антуан Лавуазье провёл точные количественные определения соотношения газов в воздухе в 1780-х годах. Французский химик установил, что кислород составляет примерно одну пятую часть атмосферы. Работы Лавуазье заложили основы современной химии и понимания горения.

Открытие благородных газов в конце XIX века завершило базовую картину атмосферного состава. Уильям Рамзай выделил аргон, неон, криптон и ксенон спектральным анализом. Инертные элементы присутствуют в ничтожных количествах, но играют роль в геофизических процессах.

Вертикальное строение

Изучение слоёв атмосферы потребовало развития методов подъёма приборов на значительные высоты. Воздушные шары позволили исследователям впервые подняться над поверхностью Земли для прямых наблюдений.

Ранние аэростатические исследования включали следующие достижения:

• братья Монгольфье осуществили первый полёт воздушного шара с людьми в 1783 году;
• Жан-Батист Био и Жозеф Гей-Люссак поднялись на высоту 7016 метров в 1804 году для отбора проб;
• исследователи зафиксировали падение температуры примерно на 6 градусов на каждый километр подъёма;
• метеорологические шары-зонды с приборами достигли стратосферы в начале XX века.

Джеймс Глейшер провёл серию высотных полётов в 1860-х годах для метеорологических измерений. Британский учёный поднимался на высоту более 9000 метров, рискуя жизнью. Данные о температуре, давлении и влажности на различных уровнях расширили знания о тропосфере. Некоторые восхождения заканчивались потерей сознания из-за недостатка кислорода.

Открытие стратосферы состоялось в 1902 году благодаря анализу данных метеозондов. Леон Тейссеран де Бор и Ричард Ассманн независимо обнаружили слой с постоянной температурой. Находка опровергла представление о монотонном охлаждении атмосферы с высотой. Граница между тропосферой и стратосферой получила название тропопаузы.

Современные методы

Развитие радиозондов в 1930-х годах революционизировало метеорологические наблюдения верхних слоёв. Приборы передавали данные по радио в процессе подъёма на воздушном шаре. Глобальная сеть станций запуска зондов обеспечила регулярный мониторинг атмосферы. Информация стала основой для прогнозов погоды и понимания циркуляции воздушных масс.

Ракеты позволили исследовать мезосферу и термосферу на высотах более 50 километров. Послевоенные эксперименты с трофейными немецкими ракетами Фау-2 достигли границы космоса. Измерения температуры, давления и состава выявили сложную структуру верхних слоёв. Ионосфера оказалась критически важной для распространения радиоволн.

Спутники открыли эру глобального мониторинга атмосферных процессов с орбиты. Первые метеорологические спутники запустили США и СССР в 1960-х годах. Дистанционное зондирование позволяет отслеживать температуру, влажность, концентрацию газов и аэрозолей. Современные системы наблюдения включают десятки специализированных космических аппаратов.

Накопленные за столетия знания об атмосфере составили основу современных наук о Земле и климатологии. Понимание процессов в воздушной оболочке критически важно для прогнозирования погоды и оценки антропогенного воздействия. Технологический прогресс продолжает расширять возможности исследования тончайших деталей атмосферной динамики. История изучения воздушной среды демонстрирует постепенное превращение натурфилософских спекуляций в точную экспериментальную науку.