Отзывы

52

Далин П.А., Перцев Н.Н., Ромейко В.А Серебристым облакам 120 лет?

2022-06-15_20-37-55.png

Далин П.А., Перцев Н.Н., Ромейко В.А. Серебристым облакам 120 лет? // Природа. - 2005. - №6. - С. 12-21.

 

Петр Александрович Далин, кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник Института космических исследований РАН, в настоящее время работает в Институте космической физики (Кируна, Швеция). Занимается исследованием полярной мезосферы и волновых процессов средней атмосферы.

 

Николай Николаевич Перцев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики верхней атмосферы Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. Специалист в области анализа наблюдений и моделирования процессов в верхних слоях атмосферы.

 

Виталий Александрович Ромейко, заведующий Звенигородской астрономической обсерваторией отдела астрономии и космонавтики Московского городского Дворца творчества на Воробьевых горах. Астроном и педагог, более 35 лет организует и проводит регулярные наблюдения серебристых облаков. Один из ведущих специалистов в этой области в нашей стране.

Как и в других сферах, в на­уке принято отмечать юбилеи. Они, как правило, привязаны к круглым датам вы­дающихся ученых, учреждению организаций, времени великих открытий или изобретений. Юбилей, о котором пойдет речь, необычный. Похоже, что 120 лет назад было сделано откры­тие природного явления, которого раньше просто не было. Самые высокие облака в зем­ной атмосфере — серебрис­тые — образуются на уровне 80—85 км. Они появляются толь­ко ночью со второй половины мая до середины августа. Их можно наблюдать в Северном и Южном полушариях, но в до­статочно ограниченном широтном поясе от 50° до 70°. Свое вы­разительное название облака получили не случайно: их цвет действительно серебристый, и они могут быть легко различи­мы на фоне сумеречного сег­мента неба. По форме серебрис­тые облака напоминают пери­стые. Из-­за того что они нахо­дятся очень высоко над землей, эти облака рассеивают солнеч­ный свет и остаются видимыми в течение ночи, тогда как все другие типы облаков имеют тем­но­ серый цвет (или совсем неза­метны), поскольку не освещают­ся Солнцем в ночное время.

Международное их название Noctilucent clouds (ночные све­тящиеся облака), что наиболее точно отвечает их внешнему ви­ду. В России их называют более романтично — серебристые.

Открытие и первые достижения

Ночные светящиеся облака были обнаружены астрономами совершенно неожиданно и повсеместно на средних широтах целого ряда стран Европы. Так, 8 июня 1885 г. их наблюдал в Германии Т.Бакгауз, 10 июня в Че­хии В.Ласка, начиная с 12 июня в России В.К.Цераский, 23 июня в Эстонии Э.Гартвиг, 23, 24, 30 июня и во многие ночи июля опять в Германии О.Йессе. По­всеместное появление ночных светящихся облаков во многом удивило ученых конца XIX в. Ка­залось странным, что при раз­витой европейской наблюда­тельной сети (а в то время в Европе и России работали десятки астрономических обсерваторий и сотни метеорологических станций) о них до этого времени ничего не знали. Правда, су­ществовали отдельные наблю­дения светящихся облаков в разное время, но описаний, которые однозначно указывали на типичные для серебристых свойства и морфологические формы, до 1885 г. не существо­вало [1]. Для сравнения можно взять другое ночное явление, вполне сопоставимое с сереб­ристыми облаками по яркости и частоте появления на средних широтах, — полярные сияния, каталоги которых насчитывают более десяти достаточно по­дробных описаний, сделанных еще до нашей эры, и сотни — в средние века.

В.К.Цераский (1849—1925), астроном, первооткрыватель серебристых облаков в России.

Первооткрыватели серебри­стых облаков независимо друг от друга дают их четкие харак­теристики. Так, приват-­доцент Московского университета ас­троном Цераский отмечает: «Эти облака, отличаясь по виду от всех остальных, особенно замечательны своим блеском; они ярко светились в ночном небе белым и серебристым светом, переходящим иногда в голубой, с золотисто-­желтым оттенком возле горизонта. Случалось иногда, что здания были замет­но освещены их светом и можно было даже различать далекие предметы. Иногда это были от­дельные маленькие облачка, иногда они образовывали плот­ный слой или походили то на волны, то на морщинистую поверхность песчаной гряды. <…> Но наиболее характерной фор­мой были узкие полосы, простиравшиеся то по прямой линии, то с изгибами, напоминая изре­занный берег с бухтами и заливами… Мне неоднократно возра­жали, что эти облака, возможно, существовали и до 1885 г., но что их не замечали. <…>  С 1875 г. я наблюдаю с помощью фотометра и считаю эти наблю­дения трудными… исключительно благодаря особому внима­нию, с которым нужно следить за малейшим облачком или тон­чайшей дымкой. Мне было бы довольно трудно не заметить явления, которое порою охва­тывает не более не менее как весь небесный свод» [2]. Его не­мецкий коллега О.Йессе (имен­но он предложил термин «серебристые облака») специально отмечал, что летом 1884 г. неоднократно наблюдал красивые пурпурные зори и проводил много связанных с этим измере­ний, поэтому серебристые обла­ка не могли бы ускользнуть от его внимания, если бы были видны тогда [3].

Вот некоторые начальные этапы изучения серебристых облаков.

Один из первых снимков серебристых обла ков, полученный немецким астрономом О.Йессе в 1889 г.

Так выглядела в конце XIX в. Московская обсерватория на Пресне — первое учреждение в России, заинтересовавшееся серебристыми облаками. Работа неизвестного художника начала XX в.

В 1885 г. в России Цераский и А.А.Белопольский методом триангуляции определили вы­соту серебристых облаков, рав­ную 75 км, а через два года Йес­се получает их первые фото­графии. В декабре 1888 г. Штубенраух впервые наблюдает те же облака в Южном полушарии (в Чили), а через год на основе семи се­рий фотограмметрических из­мерений, проведенных с точно­стью до 100—300 м, Йессе опре­деляет высоты серебристых об­лаков, составившие в среднем 82 км (от 80.7 до 88.5 км). 30 июня 1908 г. более чем в 40 пунктах Западной Европы и России наблюдают аномально яркие серебристые облака, свя­занные, как оказалось впослед­ствии, со взрывом Тунгусского метеорита. В 1934 г. канадский ученый Е.Вестин оставил значительный по объему (за 48 лет) каталог по­явлений серебристых облаков, наблюдавшихся в Западной Ев­ропе, а также дал статистичес­кий анализ их связи с солнечной активностью, метеорными пото­ками, появлениями комет и вул­каническими извержениями [4]. В 1951 г. известный совет­ский исследователь Н.И.Гришин получил серию спектрограмм серебристых облаков, а через 10 лет, в 1961 г., астрофизик И.С.Астапович выпустил свод­ный каталог этих наблюдений в России и СССР за период с 1885 по 1944 г. [5].

Н.И.Гришин (1925—1998), советский исследователь серебристых облаков. Фото 1955 г.

Международный уровень ис­следования ночных облаков на­чался с Международного геофизического года (МГГ, 1957— 1958). В наблюдениях были за­действованы сотни метеостан­ций по всему миру, большой круг ученых и отдельные кол­лективы любителей астроно­мии, в СССР эту работу коорди­нировала специальная группа. К началу МГГ Гришин издал по­дробную инструкцию [6], содер­жащую рекомендации по организации наблюдений за сереб­ристыми облаками и единые правила ведения журналов на­блюдений (второе ее издание было переведено на француз­ский и принято в качестве ос­новного руководящего докумен­та во всем мире). По результа­там МГГ были собраны ценные статистические данные, вклю­чающие, как правило, время на­чала и конца появления сереб­ристых облаков, их морфологи­ческий тип и оценку видимой яркости по глазомерной шкале. В отдельных случаях наблюде­ния сопровождались теодолит­ной или фотосъемкой.

Начиная с 1957 г. серьезную роль в организации исследова­ний серебристых облаков сыг­рало Всесоюзное астрономо-­ге­одезическое общество (ВАГО) при АН СССР. Благодаря усили­ям работавших в нем десятков групп энтузиастов удалось охва­тить систематическими наблю­дениями в летний период прак­тически всю территорию стра­ны в средних широтах. В период с 1972 по 1989 г. в СССР издается три каталога наблюдений. Упорядоченный сбор информа­ции был также неплохо налажен в Великобритании, Дании, Гер­мании, США, Канаде и некото­рых других странах, где данные обобщались и составлялись каталоги наблюдений. Кроме сводных каталогов, содержащих записи разного ка­чества, т.е. присланных наблюдателями из разных пунктов, большой интерес для дальней­шего анализа представляют ло­кальные базы данных, состав­ленные группами наблюдателей, ведущих многолетние система­тические наблюдения по одной методике. Одна из самых долговременных качественных баз данных — московская, которая включает однородные система­тические наблюдения с 1962 г. по настоящее время [7, 8]. Главная цель анализа каталогов и баз данных — поиск стати­стических закономерностей в частоте появления и свойствах серебристых облаков. Так были получены представления о се­зонном ходе, зависимости час­тоты появления от широты и уг­ла погружения Солнца под го­ризонт, от лунной фазы, от пла­нетарно­волновой активности, а также декадная (квазидесяти­летняя) цикличность.

Схема освещения Солнцем серебристых облаков. Облака становятся видимыми, когда Солнце опускается ниже горизонта наблюдателя на 6—18°.

Гипотезы и теории образования

По мере накопления фактов развивались и теоретические представления о новом явлении. Немецкий физик Ф.Кольрауш, пытаясь объяснить природу по­явления этих необычных обла­ков в 1885—1892 гг., связывает их с крупнейшим в истории че­ловечества извержением вулка­на Кракатау 27 августа 1883 г. Идея Кольрауша предельно про­ста — вулканическая пыль и во­дяной пар, выброшенные на большие высоты, замерзают, об­разуя туманные или ледяные об­лака. Йессе, поддерживая эту гипотезу в целом, в свою очередь высказал мысль об ином составе облаков, имея в виду кристаллы льда, состоящие из легких вул­канических газов, таких как, на­пример, водород.

Альтернативная гипотеза бы­ла выдвинута в 1925—1926 гг. исследователем метеоритов Л.А.Куликом и метеорологом Л.Апостоловым. Ее основу со­ставляло предположение о том, что серебристые облака состоят из маленьких частичек метеор­ной пыли, образующейся при сгорании многочисленных ме­теоров, вторгающихся в земную атмосферу. Действительно, ат­мосфера ежедневно пополняет­ся метеорным веществом мас­сой около 100 т.

Однако с середины 1950­х годов эта гипотеза стала усту­пать конденсационной (или ле­дяной) теории, утвердившейся и признанной исследователями в настоящее время. Ее основы заложил советский ученый И.А.Хвостиков [9]. В отличие от метеорной, эта гипотеза объяс­няла, почему серебристые обла­ка наблюдаются из года в год несоветский ученый И.А.Хвостиков [9]. В отличие от метеорной, эта гипотеза объяс­няла, почему серебристые обла­ка наблюдаются из года в год неизменно на одних и тех же высо­тах (80—85 км) и видны только в средних и высоких широтах (50—70°), причем только летом.

По ледяной теории, серебри­стые облака состоят из очень маленьких ледяных частичек размером в тысячу раз тоньше человеческого волоса! Такое же строение имеют обычные пери­стые облака, часто наблюдаемые в дневное время на фоне голубо­го неба. Ледяные кристаллы се­ребристых облаков рассеивают солнечный свет и при определенном угле падения становятся видимыми с поверхности Земли на фоне темного сумеречного сегмента как тонкие серебрис­то­-белые струи и полосы, и (или) как однородная сереб­ристая пелена, заполняющая пространство между основными формами этих облаков.

Для образования ледяных кристалликов на высотах 80—85 км необходимы три решаю­щих фактора: достаточное ко­личество водяного пара, очень низкая температура, наличие мельчайших частиц, на которых конденсируются пары воды, превращаясь в лед.

Одновременно три эти усло­вия встречаются нечасто. Во­-первых, влажность в мезопаузе (области температурного мини­мума), расположенной на не­сколько километров выше слоя,­ в котором наблюдаются сереб­ристые облака, ничтожно мала: на один миллион молекул возду­ха приходится всего лишь несколько молекул Н2О (в среднем четыре), что в 100 млн раз мень­ше влажности воздуха в пустыне Сахара! Водяные пары поступа­ют в мезопаузу главным обра­зом при медленном подъеме (диффузии) влаги из нижнего слоя земной атмосферы. Про­цесс этот может растянуться чуть ли не на годы. Второй ис­точник — разрушение молекул метана в мезосфере под воздей­ствием ультрафиолетового из­лучения Солнца, в результате чего после взаимодействия с другими компонентами воздуха образуются молекулы воды. С другой стороны, эти молекулы распадаются в мезосфере при освещении их солнечным све­том. Время жизни водяных па­ров в верхней мезосфере (высо­та 75—90 км) составляет всего лишь 3—10 дней, и для того, чтобы компенсировать их рас­пад, необходим постоянный приток влаги и (или) метана из нижних слоев атмосферы.

Схема строения земной атмосферы (профиль температуры). Показаны области образования перламутровых и серебристых облаков.

Далее, для формирования ле­дяных кристалликов требуется охлаждение мезопаузы до очень низких температур (менее –120°С!), при которых уменьша­ется давление насыщенного во­дяного пара надо льдом. Когда парциальное давление водяного пара превосходит давление насыщенного пара, возможна кри­сталлизация пара в ледяную час­тицу. Поскольку начало крис­таллизации зависит также от ко­личества ядер кристаллизации, мы можем частично реабилити­ровать метеорную гипотезу (ме­теоры — поставщики аэрозоль­ных частиц и ионов, т.е. ядер кристаллизации). По некото­рым данным, после сильных ме­теорных потоков вероятность появления серебристых облаков возрастает.

Когда же происходит охлаждение мезопаузы до требуемых низких температур? Мезосфера и мезопауза одного полушария (скажем, Северного) в летнее время освещены Солнцем круглосуточно, в то время как Юж­ного не освещены совсем. И хо­тя житейский опыт подсказыва­ет, что температура в освещен­ной мезосфере должна быть вы­ше, чем температура в неосве­щенной, наблюдения показыва­ют, что самое холодное место на Земле (до –150°С!) — как раз летняя мезопауза.

Причина сильного ее охлаж­дения в циркуляции воздушных потоков, в частности в меридио­нальном движении воздушных масс между летним и зимним по­лушариями. Потоки воздуха под­нимаются из летней полярной атмосферы на высоту 60—90 км, охлаждая при этом мезосферу, проходят над экватором и уст­ремляются в полярную мезосферу зимнего полушария, тем самым нагревая ее. Кроме того, восходящие потоки переносят влажный воздух из нижних сло­ев атмосферы в верхние. Карти­на воздушных течений в летний период во многом обязана так называемым атмосферным гра­витационным волнам. Перенося энергию и импульс из нижних слоев атмосферы в верхние, они взаимодействуют с основным потоком воздуха в мезосфере (направленным с востока на за­пад в летний период) и участву­ют в формировании воздушных течений, охватывающих оба по­лушария. Кроме этого, гравита­ционные волны, разрушаясь на высотах 70—90 км, создают тур­булентные потоки тепла, направленные сверху вниз. Это также может приводить к умень­шению температуры в верхней мезосфере.

Схема образования ледяных частичек серебристых облаков. Цветная линия — профиль температуры вблизи мезопаузы, черная — максимальная температура, при которой возможна конденсация паров воды в ледяные кристаллы (точка инея). В области, ограниченной цветной кривой и черной прямой, происходит образование и активный рост кристаллов, серебристые облака становятся видимыми. Стрелками сверху вниз показано оседание метеорной пыли и гидратированных ионов. Стрелками снизу вверх обозначены восходящие потоки паров воды и метана (СН4).

Третье важное условие, необ­ходимое для формирования ле­дяных кристаллов в мезопаузе, как уже отмечалось, — присутст­вие ядер конденсации. Обычные тропосферные облака несут в себе достаточно много пыли, поднимаемой с земли пыльны­ми бурями, так что каждая капля или снежинка содержит твер­дую маленькую частичку. Аме­рикано-­шведские ракетные экс­перименты, проведенные непо­средственно в поле серебрис­тых облаков, показали, что их ледяные кристаллики также со­держат твердые маленькие час­тицы размером несколько де­сятков нанометров. В их состав входили железо и никель, ти­пичные элементы метеорной пыли. Таким образом, предполо­жение о том, что ядрами кон­денсации ледяных кристаллов серебристых облаков являются частицы метеорного происхож­дения, получило убедительное подтверждение. Но не только они могут служить зародышами ледяных частиц. Некоторые ис­следователи полагают, что ядра­ми конденсации могут быть так­ же скопления (кластеры) ионов с «прилипшими» к ним молеку­лами H2O, так называемые гид­ратированные ионы. Ракетные измерения зафиксировали их наличие в окрестности сереб­ристых облаков. Вопрос о том, какой тип ядер конденсации преобладает в ледяных частичках, пока остается открытым.

Если созданы все условия для образования ледяных кристал­ликов, приблизительно на высоте 90 км лед начинает намерзать на ядрах конденсации. Но бла­годаря земному притяжению ле­дяные частицы медленно оседа­ют со скоростью 100—300 м/ч. В слое 80—85 км размер ледя­ных кристаллов возрастает в не­сколько раз, они рассеивают до­статочно много солнечного све­та, и серебристые облака становятся видимыми невооружен­ным глазом с поверхности Зем­ли. Ниже 80 км температура ме­зопаузы резко возрастает, и на­чинается противоположный процесс — испарение ледяных кристаллов (сублимация). Их размер быстро уменьшается, кристаллы рассеивают все мень­ше и меньше света и становятся невидимыми. Именно по этой причине серебристые облака видны в узком слое на высотах 80—85 км. Повторим, что непре­рывный рост ледяных кристал­лов до видимого размера возмо­жен только при условии перена­сыщения водяных паров надо льдом (то есть при низкой тем­пературе и достаточной влаж­ности воздуха), а также при по­стоянном притоке новых моле­кул H2O с нижних высот. Такова в общих чертах тео­рия образования серебристых облаков, которая сегодня рас­сматривается как наиболее ве­роятная [10—11].

 

Динамика серебристых облаков — медленные и быстрые процессы

Для верхней атмосферы Зем­ли характерны динамические процессы, различающиеся по продолжительности и простран­ственному масштабу влияния.

Мощное поле серебристых облаков над тунгусской тайгой 16 июля 1988 г. Видна волновая структура, состоящая из пересечения крупных и мелких волн. Фото В.А.Ромейко

Наиболее заметные многолетние изменения атмосферных пара­ метров — 11-­летний цикл, связанный с солнечной активнос­тью, и квазидвухлетняя циклич­ность. К долговременным процессам можно отнести колебания воздуха с периодами в 5, 10 и 16 дней (планетарные волны). Гравитационные волны с перио­дами несколько часов и длинами волн несколько сотен километров, суточные и полусуточные лунные и солнечные приливы относят к классу короткоперио­дических возмущений.

 

Соотношение между годовыми вариациями числа появлений серебристых облаков (зеленая кривая, правая шкала), суммарной яркостью облаков (синяя кривая, левая шкала) и 10-летним циклом солнечной активности (красная кривая, левая шкала). Циклические изменения активности Солнца представлены в виде изменения потока радиоизлучения на длине волны 10.7 см, усредненные за июнь—июль каждого года. Временные ряды взяты из Московской базы данных [7]. Видно, что в общих чертах действительно наблюдается антикорреляция между солнечным циклом и годовыми вариациями в серебристых облаках.

Серебристые облака непо­средственно вовлечены во весь этот комплекс динамических процессов и в той или иной степени отражают их сложное пе­реплетение. Хорошо развитое поле серебристых облаков представляет собой фантасти­ческую картину, достойную кис­ти мастера. Серебристо-белесая пелена заполняет сумеречное небо, гигантские волны и валы «бриллиантового» цвета пересе­каются друг с другом, двигаются в различных направлениях, ис­чезают и появляются вновь. Не­большие гребни и гребешки, по­добные легкой ряби на поверх­ности озера, заполняют пространство между большими вол­нами, создавая иллюзию водной поверхности неспокойного моря. Иногда можно наблюдать от­дельные ветви, закрученные в спирали, — признаки вихре­вых движений в мезопаузе, свя­занных с сильными турбулентными процессами.

Продолжительность видимо­сти серебристых облаков изме­няется в широких пределах. Их появление и исчезновение в те­чение четверти часа может за­метить только опытный наблю­датель. Как правило, возникает слабая по яркости серебристая пелена (флер), на которой можно различить небольшие волно­вые очертания. Случается, что яркие поля, прекрасно различи­мые на фоне сумеречного сег­мента и занимающие его боль­шую часть, видны на протяже­нии от двух до пяти часов. При этом свечение одного края поля может слегка усиливаться, затем разгорается его центральная часть, и, наконец, вы­свечивается противоположный край. Иногда заметны несколь­ко отдельных ярких серебрис­тых полей, разделенных темны­ми областями, что связано с прохождением атмосферной гравитационной волны боль­шого масштаба (несколько со­тен километров), на гребнях ко­торой образуются самостоятельные области серебристых облаков.

Часто возникает вопрос: свя­заны ли серебристые облака с солнечной активностью? Бе­зусловно, поскольку она являет­ся мощнейшим фактором мно­голетней динамики земной ат­мосферы в целом. Верхняя ат­мосфера (и мезопауза в частно­сти) чутко реагируют прежде всего на изменение потока ульт­рафиолетового (УФ) излучения в 11-­летнем цикле. Как уже от­мечалось, оно вызывает фотодиссоциацию молекул водяных паров на высотах 60—90 км. Со­ответственно, вариации в его потоке приводят к изменениям в количестве водяного пара в верхней атмосфере. В годы максимума солнечной активно­сти поток УФ-­излучения в боль­шей степени разрушает молеку­лы Н2О, чем в годы с минималь­ной активностью Солнца. По этой причине количество водя­ных паров в мезопаузе (на высо­ких широтах) может быть несколько меньше в годы макси­мума, чем в период минимума солнечного цикла [12]. Значит, можно ожидать, что в годы мак­симальной активности число появлений и яркость серебрис­тых облаков будет меньше, а в годы минимума — выше. И действительно, такая законо­мерность (антикорреляция) су­ществует.

Однако не все так просто. Существует определенный фазо­вый сдвиг (1—3 года) между циклом активности Солнца и вариациями в параметрах сере­бристых облаков: максимум в активности облаков наблюдает­ся спустя 1—3 года после мини­мума солнечной активности. Ес­ли бы существовала прямая связь между изменениями в по­токе УФ-­излучения и вариация­ми в количестве водяных паров в мезосфере, такой сдвиг не должен бы наблюдаться. Кроме того, многолетний цикл актив­ности серебристых облаков (более чем за 40 лет) показыва­ет вариации с периодом 2— 5 лет, которых нет в цикле солнечной активности. Имеется еще один немаловажный факт: период многолетних вариаций серебристых облаков составля­ет 9.4±0.2 года, что примерно на год меньше периода солнечной активности. Поэтому напраши­вается такой вывод: прямой и однозначной связи между циклом активности Солнца и многолетними вариациями в серебристых облаках нет. Действительно, земная атмосфера живет «собственной жизнью», в ней присутствуют многочисленные процессы и колебания, не совпадающие с циклом сол­нечной активности, поэтому мы вправе ожидать, что на вариа­ции в серебристых облаках вли­яет сложная комбинация, состоящая из атмосферных колеба­ний и изменений активности Солнца. Какие же именно атмо­сферные процессы играют ре­шающую роль в ежегодных ва­риациях свойств серебристых облаков, пока, к сожалению, не­известно.

Планетарные волны с перио­дами 5, 10, 16 дней также оказы­вают существенное влияние на верхнюю атмосферу. Так, при прохождении планетарных волн через мезопаузу температура воздуха может последовательно увеличиваться и уменьшаться на 5—15°С, что приводит к образованию или полному разрушению серебристых облаков.

За быстрые изменения в яр­кости и формах облаков в тече­ние нескольких часов и даже не­скольких минут ответственны атмосферные гравитационные волны. Визуальные наблюдения демонстрируют, что в ярких об­лаках всегда присутствуют не­большие гравитационные вол­ны, которые при своем движе­нии локально изменяют яркость отдельных областей (в основ­ном за счет геометрического эффекта), но не ослабляют яр­кость поля в целом и не приво­дят к его разрушению. В тоже время более длинные и медлен­ные гравитационные волны мо­гут формировать отдельные поля серебристых облаков.

 

Из космоса и с Земли

Впервые сверху серебристые облака увидел 18—19 марта 1965 г. космонавт А.А.Леонов с космического корабля «Вос­ход-­2», а затем, 9 июня 1970 г., — В.И.Севастьянов с борта космического корабля «Союз-­9». (5 июня 1969 г. образования, по­хожие на серебристые облака, зарегистрировал фотометр аме­риканского спутника «OGO-­6» над полярной областью. Рассеи­вающий слой тогда находился на высоте 84.3 км над дневной поверхностью, что, впрочем, не противоречило земным на­блюдениям: часто, видя яркие поля серебристых облаков низ­ко у горизонта на широте 60°, мы не предполагаем, что они находятся за Полярным кругом, т.е. в области незаходящего Солнца!) А в июле 1973 г. амери­канский исследователь П.Вейц зафиксировал серебристые об­лака с борта орбитальной стан­ции «Скайлэб».

Значительное внимание се­ребристым облакам уделяли оте­чественные космонавты: В.В.Коваленков, Г.М.Гречко, А.С.Иван­ченков, В.П.Савиных, В.Г.Титов, А.Ю.Калери. В течение несколь­ких минут им удавалось увидеть то, на что наблюдателям с Земли требовалась ночь. Неоднократ­ные беседы с космонавтами поз­волили составить некоторую обобщающую картину вида се­ребристых облаков из космоса: они наблюдаются всегда «с реб­ра», в узком слое атмосферы толщиной около 2.5°, но никогда сверху на фоне Земли (из­-за ма­лой оптической толщины обла­ков); максимальное время одно­го наблюдения составляет 10—15 мин, а чаще всего 5—7 мин (из-­за большой скорости орби­тальной станции на высоте при­ мерно 350 км); определенной концентрации облаков над ка­кими-­либо областями (вулкана­ми, материками, горными мас­сивами) пока не обнаружено.

Неоднократно делались по­пытки провести совместные на­блюдения как с Земли, так и из космоса, но по целому ряду при­чин это не удавалось. И только в ночь с 26 на 27 июля 2003 г. впервые были получены снимки одного и того же протяженного поля серебристых облаков с борта Международной косми­ческой станции астронавтом Э.Лу, Звенигородской обсерва­торией под Москвой и на Урале, в районе Перми.

Вверху — серебристые облака с борта МКС в ночь 26/27 июля 2003 г. Несмотря на то, что поле облаков видно с «ребра», хорошо заметны волновые формы различных масштабов. Фото астронавта Эда Лу в обработке В.А.Ромейко. В середине — работа художника Н.Федорова «Серебристые облака над тунгусской тайгой», написанная 16 июля 1988 г. Внизу — серебристые облака 3 июля 1933 г. под Ленинградом.

Фото Е.Л.Кринова

Что же нового дают наблюде­ния из космоса? Одно из преиму­ществ перед наземными — возможность регистрации в широ­кой полосе широт и долгот. Дан­ный метод позволяет получить крупномасштабную структуру полей серебристых облаков. Другое преимущество — возмож­ность работать в спектральных диапазонах волн, которые не до­ходят до поверхности Земли из­-за поглощения земной атмосфе­рой. Так, на спутниках НАСА ис­пользуются ультрафиолетовые фотометры, работающие на дли­нах волн 252—292 нм, которые измеряют интенсивность солнечного света, отраженного час­тицами серебристых облаков под различными углами по отношению к падающему от Солнца свету. При этом спутник, в отли­чие от земного наблюдателя, не ограничен погодными усло­виями и временем суток, примы­кающим к границе дня и ночи.

Решение сложных задач, свя­занных с динамикой ночных облаков, требует проведения комплексных, долговременных наблюдений как с Земли, так и из космоса. В настоящее время американские ученые готовятся к реализации нового космичес­кого проекта AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere). Его зада­ча заключается в исследовании полярных мезосферных обла­ков, возникающих ближе к по­люсу (за 70°с.ш.), — ближайших родственников серебристых об­лаков средних широт. Разница между ними не столько в строе­нии и физических характерис­тиках, сколько в условиях на­блюдения. Основная задача проекта состоит в том, чтобы изучить причины образования этих облаков и их динамику. Ре­зультаты миссии AIM станут хо­рошей проверкой современных теорий, которые предполагают наличие определенной связи между динамикой полярных ме­зосферных облаков и глобаль­ными климатическими измене­ниями, связанными с загрязне­нием атмосферы. В рамках про­екта запланировано исследова­ние пространственного распределения этих облаков в мезо­сфере над Северным и Южным полюсами, определение размеров ледяных частиц и состава ядер конденсации, изучение ак­тивности атмосферных гравитационных волн, исследование аэрозолей и притока метеорной пыли в атмосферу Земли, определение вертикальных профи­лей температуры воздуха, коли­чества водяного пара и содержание других химических ком­понентов (OH, CH4, O3, CO2, NO).

Запуск аппарата запланиро­ван на осень 2006 г., срок его службы рассчитан минимум на два года. Информацию об этом интересном проекте и других исследованиях мезосферных облаков можно найти в Интер­нете (сайты http://aim.hamp­tonu.edu , www.tunguska.ru).

Наземные наблюдения сереб­ристых облаков не теряют своей актуальности. Современные ци­ровые технологии и средства коммуникации позволяют орга­низовать наблюдения на новом качественном уровне. Было бы полезно организовать единую сеть цифровых фотокамер, раз­деленных по широте и долготе сравнительно небольшими рас­стояниями порядка 50 км, т.е. со­здать «сотовую» структуру из фо­токамер с размером ячейки 50×50 км. Реализовать этот про­ект на густонаселенных территориях с хорошо развитыми средствами связи вполне воз­можно. В настоящее время цифровые фотокамеры достигли от­личного качества при своей сравнительно небольшой стоимости. С другой стороны, воз­можности Интернета позволят объединить камеры в единую сеть с минимальными затратами.

Единая программа может ав­томатически управлять камера­ми, включать и выключать их в заданное время, производить съемку через определенный вре­менной интервал (например, 1 кадр через одну минуту), уста­навливать необходимые параме­тры съемки с учетом освещенно­сти сумеречного сегмента неба. Цифровые фотографии могут размещаться на общем сервере и подвергаться стандартной ав­томатизированной обработке для определения наличия сереб­ристых облаков в данном наблю­дательном пункте. В случае появ­ления облаков в каком­-либо мес­те возможно мгновенное опо­вещение остальных наблюдате­лей. Специальные программы могут также обрабатывать фото­графии серебристых облаков с целью определения их яркости, границ полей, морфологических форм и других характеристик.

Мы уверены, что данная схема наблюдений существенно про­двинет вперед исследование динамики серебристых облаков в пространстве и времени, помо­жет создать наиболее детальную карту полей облаков над земной поверхностью и тем самым про­следить их полный путь от образования до исчезновения.

***

Уже в течение 120 лет серебристые облака наблюдаются на летнем сумеречном небе в обла­сти широт 50—70°. Хотя за это время о них удалось узнать до­вольно многое, вопросы, в том числе и ключевые, до сих пор ос­таются открытыми. Пожалуй, на­иболее важный и в то же время наиболее трудный из них — что же случилось с атмосферой Зем­ли в 1885 г.? Почему серебристые облака не появлялись до этого времени, а потом наблюдались почти каждый летний сезон? В этом смысле возникновение феномена серебристых облаков 120 лет назад можно считать примером глобального (охва­тившего оба полушария) нового явления, разделившего историю на «до того» и «после того».

В истории нашей планеты были, конечно, и другие более известные события, за которы­ми пока что не последовала рес­таврация прежнего состояния. Это возникновение жизни, об­разование кислородной атмо­сферы, превращение Сахары и других низкоширотных тер­риторий в пустыни… Серебрис­тые облака показывают нам, что эволюция продолжается, и за­ставляют лишний раз задумать­ся, что нас ждет впереди.

 

Литература

1. Бронштэн В.А., Гришин Н.И. Серебристые облака. М., 1970.

2. Ceraski W. //Annales de l’Observatoire de Moscou. 1890. Ser.2. V.2. P.177—180 (франц.).

3. Jesse O. // Meteor. Z. 1888. V.5. P.90—94.

4. Vestine E.H. // J. Roy. Astr. Soc. Canada. 1934. V.28. №6, 7. P.249—272, 303—317.

5. Астапович И.С. // Труды VI совещания по серебристым облакам. Рига, 1961. С.49—92.

6. Гришин Н.И. Инструкция для наблюдений серебристых облаков. М., 1957.

7. Ромейко В.А., Перцев Н.Н., Далин П.А. // Геомагн. и аэр. 2002. Т.42. №5. С.702—707.

8. Romejko V.A., Dalin P.A., Pertsev N.N. // J. Geophys. Res. 2003. V.108. №D8. P.8443.

9. Хвостиков И.А. Серебристые облака // Природа. 1952. №5. C.49—59.

10. Бронштэн В.А. Серебристые облака и их наблюдение. М., 1984.

11. Гаврилов А.А., Казанников А.М., Кайдалов О.В. // Астрономический вестник. 1997. Т.31. №5. С.472—479.

12. Thomas G. E., Olivero J. // Advances in Space Research. 2001. V.28. №7. P.937—946.

Отзывы

30.06.2022
Юрьева Ирина:

"Спасибо за проведение интересных мероприятий"


10.04.2022
Реброва Анна:

"Интересная экспозиция, позвновательная экскурсия. Огромное спасибо экскурсоводу за увлекательный рассказ об истории края и людях творившую эту историю"