Геологи и геофизики измерили глубину и ширину луночек, сравнили их с теми луночками, какие получаются в таком же песке в наши дни, и убедились, что за 70 миллионов лет плотность нашей атмосферы существенным образом не изменилась, так как капли доисторического дождя по своим размерам ничем не отличаются от современных дождевых капель. Значит Земля всегда имела такую же атмосферу, как и сейчас.

Объяснить неполный объем воздушной оболочки горячим состоянием Земли не удается. За три-четыре миллиарда лет из недр планеты могло выделиться газов гораздо больше, чем нужно для пополнения атмосферы.

Не все поддается объяснению и в составе газов нашего воздуха. Воздух содержит 75,51 % азота, 23,01 % кислорода, 1,28 % аргона, 0,04 % углекислого газа, 0,0012 % неона, 0,0003 % криптона, а гелия только 0,00007 %. Кроме того в ничтожнейших количествах к воздуху примешаны ксенон, радон, аммиак, окиси азота, водород, пары ртути и йода. Странным кажется необычайная бедность атмосферы гелием.

Радиоактивные элементы: уран, радий, торий, актиний, присутствующие в земной коре, распадаясь, выделяют гелий. Каждый атом урана порождает 8 атомов гелия, а атом тория дает 7 атомов гелия. Гелий непрерывно поступает в атмосферу, он просачивается сквозь почву, выделяется при вулканических извержениях; казалось бы, гелий должен непрерывно накапливаться в атмосфере. Как показывают расчеты, в воздухе должно содержаться гелия раз в 12 больше, чем его имеется сейчас. Но он не накапливается, а куда-то исчезает, повидимому, гелий уходит из атмосферы в межпланетное пространство.

Чтобы покинуть земной шар и вылететь в межпланетное пространство, космическому кораблю или отдельному атому надо развить скорость не меньше, чем в 11 200 метров в секунду. Это так называемая «скорость ускользания». На высоте в 1000 километров скорость ускользания меньше, чем у поверхности Земли, там она составляет 8300 метров в секунду.

Атомы гелия при температуре в 15° движутся со скоростью в 1235 метров в секунду. Но это их средняя скорость. Отдельные атомы могут двигаться раз в 5 быстрее, то есть их скорость достигает 6200 метров в секунду. Но это все же меньше скорости ускользания. Значит атомы гелия сами по себе покидать Землю не могут. Их что-то похищает или им что-то помогает улетучиваться в межпланетное пространство.

На границе земной атмосферы

Уже много лет подряд геофизики и метеорологи посылают разведчиков в верхние слои атмосферы. Для этой цели служат небольшие воздушные шары. Они подымают в заоблачную высь самопишущие приборы-автоматы или маленькие радиосигнальные станции, изобретенные советским метеорологом П. А. Молчановым. С помощью воздушных шаров ученые исследовали атмосферу до высоты в 40 километров. Выше эти шары подыматься не могут. Для разведки более высоких слоев применены ракеты. Они залетают почти на границу земной атмосферы.

О температуре воздуха на большой высоте приборы-разведчики принесли неожиданные сведения. Раньше думали, что чем дальше от поверхности, тем воздух холоднее. Оказалось не так: похолодание прекращается на высоте в 30–35 километров, затем начинается потепление. В 40 километрах над уровнем моря ультрафиолетовое излучение Солнца нагревает воздух до +30°, а на высоте в 50 километров — уже до +60°!

В еще более высоких и разреженных слоях температура воздуха, то есть, иначе говоря, скорость движения газовых молекул, еще выше. Там она уже превышает скорость ускользания. Молекулы и атомы газов, подгоняемые солнечными лучами, покидают Землю и пускаются в самостоятельное космическое путешествие.