Изобретение фатометра, прибора типа эхолота, созданного Гербертом Гроувом Дорси в 1928 году, произвело революцию в области океанографии.
Моделирование климата
Чтобы предсказать погоду, нужно взять исходные условия и попробовать спрогнозировать, как они изменятся к определенному моменту в будущем. Но возможно ли смоделировать погоду для всей планеты?
Климатическая модель Национального управления океанических и атмосферных исследований показывает возможные изменения средних температур по всему миру к 2050 году.
В 1956 году Норман Филлипс, метеоролог из Института перспективных исследований в Принстоне, создал математическую систему моделирования ежемесячных изменений тропосферы. Он запустил ее на компьютере и получил реалистичную модель климата. К тому же, можно было ускорить время и посмотреть состояние атмосферы и океанов через много лет в будущем. Система содержала информацию о погодных явлениях, карты ветров, дующих как у поверхности Земли, так и на границе со стратосферой (реактивный поток). Филлипс, создав общую модель циркуляции, по сути, создал первую модель климата. Это было большим прорывом, хотя никто не верил, что эта модель сможет точно предсказать, что случится с климатом в следующем году или через год. Зато она показывала, что погода и климат – это явления, которые можно смоделировать с помощью математики и достаточной вычислительной мощности. Со времен прорыва Филлипса климатические модели непрестанно совершенствуются, чтобы как можно точнее повторить такую систему, как планета Земля.
Автоматизированное прогнозирование погоды
Первым человеком, использовавшим математические методы для предсказания погоды, был британец Льюис Ричардсон. В 1922 году он создал прогноз на 6 часов вперед на основе текущего состояния атмосферы. Однако он делал его вручную и у него ушло на это 6 недель – соответственно, его прогноз устарел. Чтобы ускорить процесс, нужна была программируемая вычислительная машина. Возможно, мы могли бы назвать ее компьютером. К концу 1940-х годов для армии США был собран один из первых электронных компьютеров (ЭНИАК, см. на фото), в 1950 году его использовали для расчета прогноза погоды. Он работал на основе упрощенной системы, но мог довольно быстро выдать результат и был полезным предсказывающим устройством. В 1954 году шведские метеорологи пользовались программой ЭНИАК для составления регулярных прогнозов.
Метеоспутник
В первые дни космической гонки люди грезили о том, какие преимущества им даст система наблюдения за погодой из космоса. К началу 1960-х годов данные со спутника уже использовались для улучшения качества прогнозов погоды.
Спутники ТИРОС были на орбите лишь около 80 дней. Современные модели спутников отправляют высоко на геостационарные орбиты, где они могут находиться в течение многих лет.
Первыми искусственными аппаратами, запущенными в космос, были летающие бомбы, разработанные немцами. Когда эти технологии были захвачены американскими учеными, люди увидели преимущества их гражданского использования (хотя у бомб все еще было много сторонников). Если бы спутник мог отправлять из космоса снимки атмосферы в режиме реального времени, мы бы перенесли прогнозирование погоды за пределы этой планеты. Так оно и случилось.
Радиационные пояса Ван Аллена
Первым американским космическим кораблем был «Эксплорер 1», его запустили в спешке в январе 1958 года, чтобы потягаться с успешным запуском советских спутников («Спутник 1» и «Спутник 2») в 1957 году. Ракета-носитель «Эксплорера 1» не смогла выйти на орбиту, в отличие от советских «Спутников», но несмотря на явный подтекст соперничества времен холодной войны, космический корабль был запущен под предлогом геофизического эксперимента – и это принесло свои результаты. «Эксплорер» открыл мощные магнитные полосы высоко над Землей. Они названы радиационными поясами Ван Аллена в честь ученого НАСА, который их обнаружил. Радиационные пояса Ван Аллена отвечают за отклонение заряженных частиц в солнечном ветре вокруг Земли. Этот материал направляется к полюсам, где, попадая в атмосферу, он создает эффект полярного сияния.
В космос
Первые космические системы представляли собой камеры, заброшенные на большую высоту с помощью суборбитальных ракет. Но собранные сведения не приносили особой пользы и не оправдывали высоких затрат. К 1959 году в разработке находились две конкурирующих спутниковых системы. Первым на орбиту попал ракетоноситель «Авангард», разработанный корпусом связи сухопутных войск США. Его миссией было измерить местоположение и густоту облаков. Однако на заре развития космических технологий нужно было многому научиться, в основном методом проб и ошибок. «Авангард» развернулся под неправильным углом и совершенно не годился для мониторинга земной поверхности и ее эллиптической орбиты, легче было запустить для этой цели доступные ракетоносители. В итоге «Авангард» списали, а программа НАСА «ТИРОС» 1960 года оказалась более успешной. К концу десятилетия спутники НАСА «Нимбус» собирали данные о температуре воздуха и облаках. Сегодняшние метеоспутники делают подробные снимки поверхности Земли, а для определения розы ветров используется радар микроволнового диапазона.
ТИРОС расшифровывается как спутник для инфракрасного телевизионного наблюдения. Спутники отправляли на Землю видео с облаками.
Тектоника плит
Благодаря работе многих ученых было открыто, что материки дрейфуют, землетрясения раскалывают горы на части, а земная кора плавает по поверхности магматического моря. Теория тектоники плит объединила все эти открытия.
Земная кора похожа на тонкую скорлупу из горных пород, покрывающую всю планету. Только она разбита на множество кусочков – плит, которые сталкиваются и перемалывают друг друга, создавая и разрушая твердые породы и меняя географию Земли.
Альфреду Вегенеру, автору теории дрейфа материков, нужно было найти подтверждение своей теории – объяснить механизм движения суши по всему миру. Он предположил, что континенты, по большей части состоящие из гранита с низкой плотностью, плавали по поверхности «моря» из более плотного базальта. Базальт, как известно, – главная магматическая порода, которая формирует морское дно. По мнению Вегенера, континенты прокладывают себе путь по морскому дну так же, как айсберги по морю.
