Приливы над Землей

Пятая сила

Уже не одно столетие геофизики изучают приливы в атмосфере Земли. В принципе теория атмосферных приливов проще, чем морских. Исторически сначала была создана теория приливов для жидкого шарообразного тела, а затем для океана постоянной глубины, покрывающего шар или эллипсоид вращения. Однако нерегулярность береговой линии и сложный профиль океанского дна потребовали создания более точной теории морских приливов, которая продолжает развиваться и в настоящее время. В случае же земной атмосферы эти затруднения, казалось бы, отсутствуют, ведь атмосфера - это, можно сказать, океан постоянной глубины, да к тому же без берегов. И долгие годы основные трудности в исследовании атмосферных приливов были не теоретического, а наблюдательного порядка. Мы находимся на дне воздушного океана и поэтому вынуждены измерять колебания атмосферного давления, а не изменения уровня поверхности. Впрочем, поверхности у атмосферы, в отличие от океанов, вообще нет.

В 1774 году П.Лаплас в своем знаменитом мемуаре о приливах показал, что при различных предположениях о толщине атмосферы приливы в ней могут быть как прямыми, так и обратными, то есть происходить как в фазе, так и в противофазе с движением спутника планеты. Согласно его расчетам, приливы должны быть прямыми, а изменение давления земной атмосферы должно составлять 0,22 миллиметра ртутного столба. Атмосферные приливы были обнаружены уже в начале 19 века, и оказалось, что их характер гораздо сложнее.

Лишь на первый взгляд атмосфера кажется проще океана. В действительности же она является сложным многослойным резонатором, свойства которого зависят от распределения плотности воздуха, а она, в свою очередь, связана с распределением температуры, которая изменяется как с высотой, так и со временем. Решающее влияние на распределение температуры оказывает распространение солнечного излучения в атмосфере, его интенсивность, которая изменяется со временем (например, в течение суток), что существенно усложняет теорию приливов.

Так, например, на классические лунно-солнечные гравитационные приливы накладываются термические приливы значительно большей амплитуды, вызванные прямым нагревом и расширением атмосферы на дневной стороне планеты. Казалось бы, эти два типа приливов легко можно разделить по их периоду: гравитационные имеют полусуточный период, а термические должны иметь суточный период. Однако выяснилось, что и термические приливы имеют сильную полусуточную составляющую, поскольку в атмосфере способны усиливаться колебания с периодом, близким к 12 часам. И для изучения таких колебаний атмосферы большое значение имеет активный эксперимент.

Первые надежные измерения колебания атмосферы были проведены после взрыва вулкана Кракатау в 1883 году и Тунгусской катастрофы в 1908 году. Вызванные этими явлениями акустические волны в атмосфере несколько раз обогнули земной шар и были зарегистрированы приборами многих обсерваторий. В 1940-х и 1950-х годах аналогичные волны наблюдались после ядерных взрывов в атмосфере. К середине 20 века, когда в общих чертах была изучена структура атмосферы, теоретические исследования атмосферных приливов были в основном завершены.

Владимир Георгиевич Сурдин, 2002 год