Прием радиоволн со спутников во многом помог выяснить истинное расположение и интенсивность основных слоев ионосферы Е и F. В разные моменты своего полета второй, в частности, спутник находился то выше (см рисунок), то ниже слоя F, иногда пробивая его насквозь. Это создавало большое разнообразие в путях распространения коротких радиоволн. Оказалось, например, что в ионосфере имеются так называемые волноводы — каналы, определяющие распространение волн. За это говорило то обстоятельство, что интенсивность ряда сигналов оказывалась выше, нежели подсчитанная теоретически с учетом прохождения волн через максимально ионизированные участки атмосферы.

Строение ионосферы.

Согласно прежним представлениям считали, что существуют два резко выраженных максимума ионизации — слой Е (на высоте 100-120 км) и слой F (на высоте 250-400 км), между которыми атмосфера ионизирована слабо. Исследования же с помощью спутников доказали, что в слое Е ионизация действительно возрастает, но дальше не падает, а медленно увеличивается в направлении к слою F, где она вновь резко усиливается. Электронная концентрация в слое F оказалась в 10-15 раз выше, чем в слое Е. Так спутник заставил пересмотреть прежние представления о строении верхних слоев атмосферы.

в 1930 году — советский ученый С И. Крючков теоретически доказал, что молекулы кислорода на высотах свыше 170 км под действием солнечной ультрафиолетовой радиации полностью диссоциированы, то есть разделены на отдельные атомы. Это теоретическое положение до последнего времени нуждалось в экспериментальной проверке. Запуск ракет-зондов не давал в этом направлении сколько-нибудь обнадеживающих результатов.

И лишь теперь с помощью приборов, установленных на третьем советском искусственном спутнике, теоретические высказывания Крючкова подтвердились: все ионы на больших высотах состоят из отдельных атомов.

были получены с помощью наших замечательных искусственных лун о плотности верхних слоев атмосферы.

Как известно, спутник совершает свой полет по эллиптической орбите, причем больший участок орбиты лежит вдали от Земли, где плотность атмосферы почти неощутима. Но с приближением к перигею (самой близкой к центру Земли точке орбиты) сопротивление заметно растет и спутник испытывает торможение. Такое механическое действие на малом участке приводит к «округлению» его эллиптической траектории.

Последнее обстоятельство влечет за собой уменьшение периода обращения спутника вокруг Земли. За полетом спутника следят как оптические, так и радиолокационные приборы (см. рисунок), которые направляют свои сведения в единый вычислительный центр, где данные обрабатываются на электронно-счетных машинах. Сравнение полученных параметров орбит с теоретическими дает возможность определить величину торможения, а следовательно, и величину плотности верхних слоев атмосферы. Результаты, полученные с помощью спутников, показали, что плотность верхних слоев атмосферы в 5-10 раз выше, чем это предполагалось ранее.

Так можно следить за изменениями орбиты спутника

Было также установлено, что плотность и температура атмосферы меняются в зависимости от широты места и времени суток. К числу важных открытий в этой области следует отнести обнаружение неожиданно высоких температур на высоте около 225 км. Полученная картина распределения плотности позволяет предсказывать время существования новых спутников.

об этом ничего нельзя было сказать до запуска спутника с первым живым космонавтом — собакой Лайкой.

На теле животного, одетого в специальную одежду, были укреплены датчики, регистрировавшие частоту пульса, дыхания, величину артериального давления, биопотенциалов сердца. Изменения этих физиологических функций перерабатывались в электрические импульсы, которые поступали в радиотелеметрическую систему, а от нее на Землю (см. рис. на стр. 37).

Приборы на Земле зафиксировали, что непосредственно в начале запуска сердце у собаки билось втрое быстрее, дыхание было учащенное — очевидно, сказались большие перегрузки. Но с выходом спутника на орбиту собака успокоилась. Состояние невесомости не внесло существенных изменений в поведение животного. Эти первые данные послужат вехами в подготовке к полету на другие планеты человека.

опыты по изучению коротковолнового ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, так как земная атмосфера большую его часть поглощает.

Значительная часть энергии, излучаемой Солнцем, приходится на видимый участок спектра; на долю же коротковолнового излучения энергии остается в десятки тысяч раз меньше. Но именно коротковолновое излучение сильно влияет на состояние земной атмосферы, особенно ее верхних слоев. Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи в значительной степени определяют образование ионосферы. Давно уже замечено, что появление хромосферных вспышек влечет за собой магнитные бури в ионосфере.

Спутники, вырвавшиеся за пределы земной атмосферы, позволили приступить к изучению ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца. Приемником излучения (см. рис. внизу справа) явился фотоэлектрический умножитель (2). Перед ним ставился диск (1) с набором фильтров для отбора различных участков спектра коротковолнового излучения. Диск вращался по определенной программе от специального механизма (5). Сигнал с фотоумножителя передавался на счетно-решающее устройство (3) и далее через радиотелеметрический передатчик (4) на Землю. Чтобы энергия питания зря не расходовалась, батарея (9) включалась только тогда, когда прибор находился в зоне видимости Солнца. Включение осуществлялось с помощью фотосопротивлений (8). Как только солнечный свет показал через фильтр (7) на фотосопротивление, возникал электрический ток, приводивший в действие автомат включения (6).

в обычно принятом смысле, это поток быстрых частиц, главным образом ядер водорода (протонов), гелия (альфа-частиц). В космические лучи в незначительном количестве входят ядра других, более тяжелых элементов (лития, бора, бериллия и др). Скорость этих частиц велика — близка к скорости света. Но весьма незначительная часть этих лучей достигает земной поверхности: они сильно отклоняются магнитным полем Земли, силовые линии которого направлены к полюсам.

Магнитное поле служит энергетическим барьером для космических лучей, причем высота этого барьера уменьшается от экватора к полюсам. Поэтому достичь экваториальных областей могут только протоны с энергией, превышающей 14 млрд. электроновольт, а для того чтобы достичь широты Москвы, нужна энергия в 10 раз меньше. Зависимость числа частиц от широты (так называемый широтный эффект) определяет энергетический спектр космических лучей, то есть распределение частиц по энергиям. Важной характеристикой космических лучей является также их состав. С этой точки зрения особенно интересно изучение тяжелых ядер, входящих в состав космических лучей. Но трудность заключается в том, что тяжелые ядра поглощаются гораздо интенсивнее, чем более легкие, и вероятность их попадания на Землю чрезвычайно мала.

Схема регистрации поведения животного.	Прибор для регистрации коротковолнового излучения Солнца

Для изучения состава космического излучения на третьем советском спутнике был поставлен так называемый черенковский счетчик. Его работа основывается на использовании эффекта Вавилова — Черенкова, суть которого в следующем: при движении заряженных частиц в прозрачной среде со скоростью, превосходящей скорость распространения в этой среде, возникает излучение, причем оно распространяется не во все стороны, а только в направлениях, составляющих вполне определенный угол с траекторией частицы. Направленность — важное свойство излучения Вавилова — Черенкова, поскольку оно позволяет разделять частицы, — на этом основано действие черенковского счетчика (см. рис. 4). Космическое излучение (1) попадает в детектор (2), которым служит плексиглас. Поскольку скорость света в плексигласе приблизительно равна 200 тысячам км/сек, а скорость космических частиц близка к 300 тысячам км сек. то при попадании их в детектор возникает излучение (пропорциональное заряду частицы), которое затем фокусируется линзой (3) и через диафрагму (4) попадает в фотоумножитель (5). Возникает электрический импульс. Пройдя через усилитель (6), он попадает в счетную схему (7).

Поскольку космические частицы представляют собой ядра различных элементов, а заряд ядра численно равен порядковому номеру этого элемента в таблице Менделеева Z, то по интенсивности импульса можно судить: ядро какого элемента попало в счетчик. Импульсы, соответствующие зарядам больше 30, собирались в одном счетчике; меньше 30, но больше 17 — в другом. Число этих импульсов «запоминалось» и передавалось через радиотелеметрическую систему (8) на Землю.

Счетчик Вавилова — Черенкова.

Обработка сведений, полученных с помощью счетчиков космических лучей, помещенных на первом и втором спутниках, показала, в частности, что в северных широтах, близких к 60°, интенсивность космического излучения повышается в полтора раза. Результат был неожиданным, поскольку наземные станции и приборы в стратосфере не фиксировали такого изменения. Советские ученые, используя данные аппаратуры третьего спутника, объяснили это явление. Установлено, что на высоких широтах в верхних слоях атмосферы существуют стационарные потоки электронов. Орбита спутника проходит сквозь эти потоки. Мигли ли приборы «спутать» космические лучи с электронами? Конечно нет. Электроны, ударяясь о корпус спутника, создавали рентгеновское излучение, которое и регистрировалось счетчиками

Это не ново. Но до сих пор, изучая магнитное поле Земли ученые вынуждены были ограничиваться исследованием его силовых линий только вблизи земной поверхности.

Природа геомагнетизма обусловливается главным образом внутренними процессами Земли, которые пока что наукой не разгаданы. Однако круговые токи в ионосфере создают свое магнитное поле, которое взаимодействует с земным, внося в него порой кратковременные, но значительные возмущения. Анализ сведений с третьего спутника позволил получить ясное представление о структуре магнитного поля ионосферы и дал возможность составить новые геомагнитные карты нашей планеты.

Немалый интерес представляет и электростатическое поле Земли. Достаточно сказать, что разность потенциалов между поверхностью Земли, заряженной отрицательно, и верхними слоями атмосферы, несущими положительный заряд, составляет несколько сотен тысяч вольт.

Изучение электростатического поля Земли осложнено тем, что любое тело, в том числе и спутник, будучи внесено в это поле, получает свой заряд — на Землю мог бы поступить сигнал об искаженном поле. Однако аппаратура, установленная на третьем спутнике, позволила обойти эту трудность. Электрическое поле хранит много тайн, но вторжение в него искусственных спутников приведет к их раскрытию.

спутник рассказывает о стертых им «белых пятнах» науки и о новых загадках, поставленных перед учеными. Геофизический год продолжается. Весь мир прислушивается к голосу спутника.

Спутник говорит...