Серебристые облака - что это.
Общие сведения о серебристых облаках.
Впервые серебристые облака были замечены в 1885 году. До этого никаких сведений о серебристых облаках не было. Открывателем серебристых облаков считают В.К.Цераского, приват-доцента Московского университета. Он наблюдал серебристые облака 12 июня 1885 года, когда на предрассветном небе заметил необычно яркие облака, заполнявшие сумеречный сегмент. Ученый назвал их ночными светящимися облаками. Особенно удивило ученого то, что облака ярко выделялись на фоне сумеречного сегмента, и совершенно исчезали, выходя за его пределы. Его очень обеспокоило это, так как они, не будучи видимы, могут поглощать свет звезд и искажать результаты фотометрических измерений. Но первые же измерения светящихся облаков показали, что эти облака весьма прозрачны и не ослабляют заметным образом свет звезд. Серебристые облака образуются на высоте от 73 до 97 км, с максимумом их распространения 83-85 км, при понижении температуры до 150-165 К. Хотя это явление атмосферное, исторически его исследования причисляют к астрономическим, так как целый ряд явлений в нашей атмосфере так или иначе связан с процессами, происходящими на Солнце, с метеорными потоками. Кроме того, изучение атмосфер других планет неразрывно связано с изучением нашей собственной атмосферы. К тому же серебристые облака, в отличие от других облаков, наблюдаются в ночные часы, и их наблюдение и регистрация их появлений могут производиться одновременно с наблюдением других астрономических явлений или объектов.
Наблюдать серебристые облака можно с марта по октябрь в северном полушарии и с ноября по апрель в южном полушарии. Но наиболее часто в северном полушарии их наблюдают с конца мая до середины августа (с пиком максимума в июне-июле), в южном полушарии в зимние месяцы.
Ограничен диапазон наблюдений широтами от 50 до 65 градусов. Но известны редкие случаи их наблюдения на более низких широтах – до 45 градусов. В книге В.А. Бронштэна «Серебристые облака и их наблюдение» приводятся данные каталога серебристых облаков, составленного Н.П.Фаст на основании 2000 наблюдений за 1885-1964 годы. Этот каталог дает такое распределение пунктов наблюдения по широтам:
Широта......................... 50...... 50-55..... 55-60..... 60 Число наблюдений (%)......... ..3,8 ......28,1 ......57,4 ......10,8
Чем это обусловлено? В это время именно в этих широтах создаются благоприятные условия для их видимости, так как именно на этих широтах в это время Солнце даже в полночь опускается неглубоко под горизонт, и на фоне сумеречного неба наблюдаются красивые серебристые образования, по структуре напоминающие легкие перистые облака. Происходит это потому, что они светятся в основном отраженным светом Солнца, хотя часть посылаемых ими лучей, возможно, рождается в процессе флуоресценции - переизлучения энергии, получаемой от Солнца, на других длинах волн. Для того, чтобы это происходило, необходимо, чтобы лучи Солнца освещали серебристые облака. Зная их среднюю высоту над земной поверхностью, можно подсчитать, что погружение Солнца не должно превышать 19,5 градусов. В то же время, если Солнце погрузилось менее чем на 6 градусов, еще слишком светло (гражданские сумерки), и облака можно не различить на светлом небе. Таким образом, наиболее благоприятные условия для наблюдения серебристых облаков соответствуют времени так называемых навигационных и астрономических сумерек, и вероятность их тем больше, чем длительнее эти сумерки. Такие условия создаются летом на средних широтах. Именно на средних широтах с конца мая по середину августа наиболее часто наблюдаются серебристые облака. Правда, это совпадение чисто случайное. На самом деле серебристые облака образуются именно в летний период и именно в средних широтах потому, что в это время на этих широтах происходит значительное похолодание в мезопаузе, и создаются необходимые условия для образования кристалликов льда.
Первые предположения о природе серебристых облаков связывались с извержением вулкана Кракатау 27 августа 1883 года. В двадцатые годы 20 столетия Л.А.Кулик, исследователь знаменитого Тунгусского метеорита, выдвинул метеорно-метеоритную гипотезу образования серебристых облаков. Кулик также предположил, что не только гигантские метеориты, но и обычные метеоры являются источником образования серебристых облаков. Метеорная гипотеза долго пользовалась популярностью, но не могла ответить на целый ряд вопросов:
- Почему они появляются в узком интервале высот со средним значением 82-83 километра?
- Почему они наблюдаются только летом и только в средних широтах?
- Почему они имеют характерную тонкую структуру, очень похожую на структуру перистых облаков?
Ответ на все эти вопросы дала конденсационная (или ледяная) гипотеза. Эта гипотеза серьезное обоснование получила в 1952 году в работе И.А.Хвостикова, который обратил внимание на внешнее сходство серебристых и перистых облаков. Перистые облака состоят из кристалликов льда. И.А.Хвостиков предположил, что и серебристые облака имеют такое же строение. Но для того, чтобы водяной пар мог конденсироваться в лед, нужны определенные условия. В 1958 году В.А. Бронштэн дал объяснение сезонного и широтного эффектов появления серебристых облаков тем, что именно на средних широтах в летнее время года в мезопаузе происходит понижение температуры до крайне низких значений 150-165 К. Таким образом, гипотеза И.А.Хвостикова о возможности формирования в этой области атмосферы серебристых облаков получила подтверждение.
Правда, перед исследователями стоял еще один вопрос: существует ли на столь большой высоте водяной пар в количестве, достаточном для образования серебристых облаков? Работы ученых по этому направлению дали неожиданный результат. Был установлен отчетливый максимум содержания водяного пара в июле-августе и минимум в январе-феврале (в северном полушарии). То есть, установлен факт повышения влажности в те сезоны, над теми широтами и на том уровне, где образуются серебристые облака. Этот факт имеет простое объяснение: выше 25-30 километров на средних широтах в летнее время наблюдаются восходящие токи воздуха, которые переносят водяной пар в область мезопаузы. Там водяной пар вымерзает, образуя серебристые облака. Его недостаток компенсипуется новым притоком пара снизу. На других широтах и в другие сезоны восходящие потоки воздуха либо не возникают, либо подавляются отсутствием вымораживания. Есть и другое объяснение. Оно состоит в том, что водяной пар на больших высотах образуется при взаимодействии атомов водорода, летящих к Земле от Солнца, с атомами кислорода верхних слоев земной атмосферы. Эта идея была высказана норвежским ученым Л.Вегардом в 1933 году и получила количественное обоснование в 1961 году в работе французского ученого К.де Турвиля. Правда, эта гипотеза «солнечного дождя» имеет слабые места и не может полностью объяснить повышенную влажность в мезопаузе. В последние годы некоторыми исследователями выдвинут еще один источник снабжения мезопаузы водяным паром. Такой гипотезы придерживаются, например профессор Университета штата Айова Л.Франк, российский ученый В.Н.Лебединец и некоторые другие ученые. Они считают, что область мезопаузы снабжают водяным паром в достаточном для образования серебристых облаков количестве мини-кометы. Какие же частицы служат ядрами конденсации при образовании серебристых облаков? Высказывались различные предположения: частицы вулканической пыли, кристаллики морской соли, метеорные частицы. Гипотеза о том, что именно метеорные частицы служат ядрами конденсации, была высказана Л.А.Куликом в 1926 году в его метеорно-метеоритной гипотезе происхождения серебристых облаков. В 1950 году эту гипотезу вновь независимо выдвинул В.А.Бронштэн.
Гипотезе космического происхождения ядер конденсации сейчас отдается предпочтение. В самом деле, разрушение метеорных тел, проникающих в земную атмосферу и наблюдаемых в виде метеоров, происходит в основном как раз над мезопаузой, на высотах 120-80 км. Исследования показывают, что ежесуточно на Землю «падает» до 100 тонн вещества, при чем, количества частиц с массой 10 грамма, пригодных в качестве ядер конденсации, вполне достаточно, чтобы обеспечить образование серебристых облаков. Делались попытки найти связь между появлением серебристых облаков и интенсивностью метеорных потоков.
Структура серебристых облаков.
В 1955 году Н.И. Гришин предложил морфологическую классификацию форм серебристых облаков. В дальнейшем она стала международной классификацией. Сочетание различных форм серебристых облаков образовало такие основные типы:
Тип I. Флер, наиболее простая, ровная форма, заполняющая пространство между более сложными, контрастными деталями и имеющая туманное строение и слабое нежно-белое с голубоватым оттенком свечение.
Тип II. Полосы, напоминающие узкие струйки, как будто бы увлекаемые потоками воздуха. Часто располагаются группами по несколько штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы – размытые (II-a) и резко очерченные (II-b).
Тип III. Волны подразделяют на три группы. Гребешки (III-a) – участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. Гребни (III-b) имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10–20 раз больше, чем у гребешков. Волнообразные изгибы (III-c) образуются в результате искривления поверхности облаков, занятой другими формами (полосами, гребешками).
Тип IV. Вихри также подразделяют на три группы. Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1° до 0,5°, т.е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью скручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер. Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления (IV-b). Мощные вихревые выбросы «светящейся» материи в сторону от основного облака (IV-c); это редкое образование характерно быстрой изменчивостью своей формы.
Но даже внутри типа серебристые облака различны. Поэтому в каждом типе облаков выделяются группы, которые указывают на конкретную структуру облаков (полосы размытые, полосы резкоочерченные, гребешки, гребни, волнообразные изгибы и др.) Подробно с данной классификацией форм серебристых облаков можно познакомиться в книге В.А. Бронштэна "Серебристые облака и их наблюдения". Обычно при наблюдении серебристых облаков можно увидеть сразу несколько их форм разных типов и групп.
Виды и методы наблюдений серебристых облаков.
Исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания циркуляции земной атмосферы, а также многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. Возможно, что погода на Земле зависит не только от условий в тропосфере, но и от состояния более высоких слоев атмосферы. Наблюдения серебристых облаков различны, их организация, методика и проведение зависят от поставленных задач. Можно выделить следующие виды наблюдений серебристых облаков:
- 1. Синоптические наблюдения – это систематические наблюдения сумеречного сегмента с целью установления факта наличия или отсутствия серебристых облаков, а в случае их видимости – регистрация некоторых характерных признаков.
- 2. Исследование структуры. Может производиться путем визуальных наблюдений, фотографирования или замедленной киносъемки.
- 3. Изучение движений серебристых облаков. Производится путем их последовательного фотографирования или замедленной киносъемки. Здесь может понадобиться теодолит.
- 4. Определение высот. Для решения этой задачи нужно фотографировать серебристые облака в заранее согласованные моменты из двух пунктов, разделенных расстоянием 20-0 км. Фотоаппараты в обоих случаях должны быть одинаковы. Нужны точные часы. Для обработки наблюдений понадобится специальная палетка.
- 5. Фотометрия и поляриметрия. Производится по фотографиям. Но для выполнения этих задач нужны специальные приспособления.
Это основные виды наблюдений. Некоторые из выше приведенных задач можно выполнять по одним и тем же наблюдениям. Одни и те же фотографии можно использовать для изучения структуры, движений, определения высот и фотометрии серебристых облаков. Наблюдатель-синоптик может в перерывах между записями фотографировать серебристые облака. Наиболее приемлем для любительских наблюдений серебристых облаков синоптический метод. Он предполагает патрулирование сумеречного сегмента, статистику серебристых облаков, описание их структуры и яркости. В своей работе я применял в основном синоптический метод наблюдения серебристых облаков. Для изучения структуры серебристых облаков использовался метод фотографирования. Также производились измерения азимута и высоты серебристых облаков над горизонтом.
Содержание статьи
СЕРЕБРИСТЫЕ ОБЛАКА, самые высокие облачные образования в земной атмосфере, образующиеся на высотах 70–95 км. Их называют также полярными мезосферными облаками (polar mesospheric clouds, PMC) или ночными светящимися облаками (noctilucent clouds, NLC). Именно последнее название, наиболее точно отвечающее их внешнему виду и условиям их наблюдения, принято как стандартное в международной практике.
Наблюдать серебристые облака можно лишь в летние месяцы: в Северном полушарии в июне-июле, обычно с середины июня до середины июля, и лишь на географических широтах от 45° до 70°, причем в большинстве случаев от 55° до 65°. В Южном полушарии в конце декабря и в январе на широтах от 40° до 65°. В это время года и на этих широтах Солнце даже в полночь опускается не очень глубоко под горизонт, и его скользящие лучи освещают стратосферу, где на высоте в среднем около 83 км появляются серебристые облака. Как правило, они видны невысоко над горизонтом, на высоте от 3° до 15° градусов в северной части неба (для наблюдателей Северного полушария). При внимательном наблюдении их замечают ежегодно, но высокой яркости они достигают далеко не каждый год.
Днем, даже на фоне чистого голубого неба, эти облака не видны: очень уж они тонкие, «эфирные». Лишь глубокие сумерки и ночная тьма делают их заметными для наземного наблюдателя. Правда, с помощью аппаратуры, поднятой на большие высоты, эти облака можно регистрировать и в дневное время. Легко убедиться в поразительной прозрачности серебристых облаков: сквозь них прекрасно видны звезды.
Для геофизиков и астрономов серебристые облака представляют большой интерес. Ведь эти облака рождаются в области температурного минимума, где атмосфера охлаждена до –70° С, а иногда и до –100° С. Высоты от 50 до 150 км исследованы слабо, поскольку самолеты и аэростаты туда не могут подняться, а искусственные спутники Земли не способны надолго туда опуститься. Поэтому до сих пор ученые спорят как об условиях на этих высотах, так и о природе самих серебристых облаков, которые, в отличие от низких тропосферных облаков, находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Межпланетная пыль, метеорное вещество, заряженные частицы солнечного и космического происхождения, магнитные поля постоянно участвуют в физико-химических процессах, происходящих в верхней атмосфере. Результаты этого взаимодействия наблюдаются в виде полярных сияний, свечения атмосферы, метеорных явлений, изменений цвета и продолжительности сумерек. Предстоит еще выяснить, какую роль эти явления играют в развитии серебристых облаков.
В настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о ветрах на больших высотах, о волновых движениях в мезопаузе, что существенно дополняет исследование ее динамики другими методами, такими, как радиолокация метеорных следов, ракетное и лазерное зондирование. Обширные площади и значительное время существования таких облачных полей дает уникальную возможность для прямого определения параметров атмосферных волн различного типа и их временной эволюции.
В силу географических особенностей этого явления серебристые облака в основном изучаются в Северной Европе, России и Канаде. Российские ученые внесли и вносят в эту работу весьма значительный вклад, причем немалую роль играют квалифицированные наблюдения, полученные любителями науки.
Открытие серебристых облаков.
Некоторые упоминания о ночных светящихся облаках встречаются в работах европейских ученых 17–18 вв., но они имеют отрывочный и нечеткий характер. Временем открытия серебристых облаков принято считать июнь 1885, когда их заметили сразу десятки наблюдателей в разных странах. Первооткрывателями этого явления считаются Т.Бэкхаус (Backhouse T.W.), наблюдавший их 8 июня в Киссингене (Германия), и астроном Московского университета Витольд Карлович Цераский, обнаруживший их независимо и впервые наблюдавший вечером 12 июня (по новому стилю). В последующие дни Цераский вместе с известным пулковским астрофизиком А.А.Белопольским, работавшем тогда в Московской обсерватории, подробно изучил серебристые облака и впервые определил их высоту, получив значения от 73 до 83 км, подтвержденные через 3 года немецким метеорологом Отто Иессе (O.Jesse).
Ночные светящиеся облака произвели на Цераского большое впечатление: «Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялось и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями... Это настолько блестящее явление, что совершенно невозможно составить себе о нем представление без рисунков и подробного описания. Некоторые длинные, ослепительно серебристые полосы, перекрещивающиеся или параллельные горизонту, изменяются довольно медленно и столь резки, что их можно удерживать в поле зрения телескопа».
Наблюдение серебристых облаков.
Следует помнить, что с поверхности Земли серебристые облака могут наблюдаться только в период глубоких сумерек, на фоне почти черного неба и, разумеется, при отсутствии более низких, тропосферных облаков. Необходимо отличать сумеречное небо от зоревого неба. Зори наблюдаются в период ранних гражданских сумерек, когда центр солнечного диска опускается под горизонт наблюдателя на глубину от 0° до 6°. Солнечные лучи при этом освещают всю толщу слоев нижней атмосферы и нижнюю кромку тропосферных облаков. Заря характерна богатым разнообразием ярких красок.
Во вторую половину гражданских сумерек (глубина Солнца 3–6°) западная часть небосвода имеет еще довольно яркое зоревое освещение, но в соседних участках небо уже приобретает глубокие темно-синие и сине-зеленые оттенки. Область наибольшей яркости неба в этот период называют сумеречным сегментом.
Наиболее благоприятные условия для обнаружения серебристых облаков создаются в период навигационных сумерек, при погружении Солнца под горизонт на 6–12° (в конце июня в средних широтах это бывает часа за 1,5–2 по истинной полночи). В это время земная тень закрывает нижние, наиболее плотные, запыленные слои атмосферы, и освещаются только разреженные слои, начиная с мезосферы. Рассеянный в мезосфере солнечный свет образует слабое сияние сумеречного неба; на этом фоне легко обнаруживается свечение серебристых облаков, которые привлекают к себе внимание даже случайных свидетелей. Различные наблюдатели определяют их цвет как жемчужно-серебристый с голубоватым отливом или бело-голубой.
В условиях сумерек цвет серебристых облаков кажется необычным. Порой облака как бы фосфоресцируют. По ним движутся еле заметные тени. Отдельные участки облачного поля становятся значительно ярче других. Через несколько минут более яркими могут оказаться соседние участки.
Несмотря на то, что скорость ветра в стратосфере составляет 100–300 м/с, большая высота серебристых облаков делает их почти неподвижными в поле зрения телескопа или фотокамеры. Поэтому первые фотографии этих облаков были получены Иессе еще в 1887. Несколько групп исследователей во всем мире систематически изучают серебристые облака как в Северном, так и в Южном полушариях. Исследование серебристых облаков, как и других трудно прогнозируемых явлений природы, предполагает широкое привлечение любителей науки. Каждый естествоиспытатель, независимо от его основной профессии, может внести свой вклад в коллекцию фактов об этом замечательном атмосферном явлении. Качественную фотографию серебристых облаков можно получить с помощью простейшей любительской камеры. Например, можно использовать фотоаппарат «Зенит» со штатным объективом «Гелиос-44»; при диафрагме 2,8–3,5 и пленке чувствительностью 100–200 ед. ГОСТ рекомендуются выдержки от 2–3 до 10–15 секунд. Очень важно, чтобы во время экспозиции камера не дрожала; для этого желательно использовать надежный штатив, но в крайнем случае достаточно прижать камеру рукой к косяку окна, дереву или камню; при спуске затвора обязательно следует пользоваться тросиком.
Чтобы полученные снимки представляли не только эстетический интерес, но и имели научный смысл и дали бы материал для последующего анализа, необходимо точно фиксировать обстоятельства съемки (время, параметры аппаратуры и фотоматериалов), а также использовать простейшие приспособления: светофильтры, поляризационные фильтры, зеркало для определения скорости перемещения контрастных деталей облаков.
По внешнему виду серебристые облака имеют некоторое сходство с высокими перистыми облаками. Для описания структурных форм серебристых облаков при их визуальном наблюдении разработана международная морфологическая классификация:
Тип I . Флер, наиболее простая, ровная форма, заполняющая пространство между более сложными, контрастными деталями и имеющая туманное строение и слабое нежно-белое с голубоватым оттенком свечение.
Тип II . Полосы, напоминающие узкие струйки, как будто бы увлекаемые потоками воздуха. Часто располагаются группами по несколько штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы – размытые (II-a) и резко очерченные (II-b).
Тип III . Волны подразделяют на три группы. Гребешки (III-a) – участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. Гребни (III-b) имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10–20 раз больше, чем у гребешков. Волнообразные изгибы (III-c) образуются в результате искривления поверхности облаков, занятой другими формами (полосами, гребешками).
Тип IV . Вихри также подразделяют на три группы. Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1° до 0,5°, т.е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью скручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер. Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления (IV-b). Мощные вихревые выбросы «светящейся» материи в сторону от основного облака (IV-c); это редкое образование характерно быстрой изменчивостью своей формы.
Зона максимальной частоты наблюдения серебристых облаков в Северном полушарии проходит по широте 55–58°. В эту полосу попадают многие крупные города России: Москва, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Красноярск, Нижний Новгород, Новосибирск, Челябинск и др., и лишь несколько городов Северной Европы и Канады.
Свойства и природа серебристых облаков.
Диапазон высот, на которых образуются серебристые облака, вообще весьма стабилен (73–95 км), но в некоторые годы сужается до 81–85 км, а иногда расширяется до 60–118 км. Часто облачное поле состоит из нескольких довольно узких по высоте слоев. Основной причиной свечения облаков служит рассеяние ими солнечного света, но не исключено, что некоторую роль играет и эффект люминесценции под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.
Прозрачность серебристых облаков чрезвычайно высока: обычное облачное поле задерживает всего около 0,001% проходящего сквозь него света. Именно характер рассеяния солнечного света серебристыми облаками позволил установить, что они представляют собой скопления частиц размером 0,1–0,7 мкм. О природе этих частиц высказывались самые разные гипотезы: предполагалось, что это могут быть ледяные кристаллы, мелкие частицы вулканической пыли, кристаллы поваренной соли в ледяной «шубе», космическая пыль, частицы метеорного или кометного происхождения.
Яркие серебристые облака, впервые наблюдавшиеся в 1885–1892 и, по-видимому, не замечавшиеся до этого, наводили на мысль, что их появление связано с каким-то мощным катастрофическим процессом. Таким явлением было извержение вулкана Кракатау в Индонезии 27 августа 1883. По сути, это был колоссальный взрыв с энергией, равной взрыву двадцати водородных бомб (20 Мт ТНТ). В атмосферу было выброшено около 35 млн тонн вулканической пыли, поднявшейся на высоту до 30 км, и огромная масса водяного пара. После взрыва Кракатау были замечены оптические аномалии: светлые зори, уменьшение прозрачности атмосферы, поляризационные аномалии, кольцо Бишопа (коричнево-красный венец вокруг Солнца с внешним угловым радиусом около 22° и шириной 10°; небо внутри кольца светлое с голубоватым оттенком). Эти аномалии продолжались около двух лет, постепенно ослабевая, и серебристые облака появились лишь к концу этого срока.
Гипотезу о вулканической природе серебристых облаков первым высказал немецкий исследователь В.Кольрауш в 1887; он считал их сконденсировавшимися парами воды, выброшенными при извержении. Иессе в 1888–1890 развил эту идею, полагая, что это не вода, а какой-то неизвестный газ (возможно, водород) был выброшен вулканом и замерз в виде мелких кристаллов. Высказывались мнения, что вулканическая пыль также играет роль в формировании серебристых облаков, поскольку служит центрами кристаллизации водяного пара.
Постепенное накопление наблюдательных данных давало факты, говорившие явно не в пользу вулканической гипотезы. Анализ световых аномалий после крупнейших вулканических извержений (Мон-Пеле, 1902; Катмаи, 1912; Кордильеры, 1932) показал, что лишь в редких случаях они сопровождались появлением серебристых облаков; скорее всего это были случайные совпадения. В настоящее время вулканическая гипотеза, которая в начале 20 в. считалась общепринятой и даже проникла в учебники метеорологии, имеет лишь историческое значение.
Возникновение метеорной гипотезы происхождения серебристых облаков также связано с грандиозным природным явлением – Тунгусской катастрофой 30 июня 1908. С точки зрения наблюдателей, среди которых были весьма опытные астрономы и метеорологи (В.Деннинг, Ф.Буш, Э.Эсклангон, М.Вольф, Ф.Архенгольд, Д.О.Святский и др.), это явление проявило себя главным образом различными оптическими аномалиями, наблюдавшимися во многих европейских государствах, в европейской части России и Западной Сибири, вплоть до Красноярска. Наряду со светлыми зорями и «белыми ночами», наступившими там, где их обычно даже в конце июня не бывает, многими наблюдателями было отмечено появление серебристых облаков. Впрочем, в 1908 никто из очевидцев оптических аномалий и светящихся облаков ничего не знал о Тунгусском метеорите. Сведения о нем появились в печати лишь около 15 лет спустя.
В 1926 мысль о связи между этими двумя явлениями была независимо высказана первым исследователем места Тунгусской катастрофы Л.А.Куликом и метеорологом Л.Апостоловым. Леонид Алексеевич Кулик подробно развил свою гипотезу, предложив вполне определенный механизм образования серебристых облаков. Он считал, что не только крупные метеориты, но и обычные метеоры, полностью разрушающиеся как раз на высотах 80–100 км, поставляют в мезосферу продукты своей возгонки, которые конденсируются затем в частицы тончайшей пыли, формирующей облака.
В 1930 известный американский астроном Х.Шепли, а в 1934 независимо от него английский метеоролог Ф.Дж.Уиппл (не путать с американским астрономом Ф.Л.Уипплом) высказали гипотезу, что Тунгусский метеорит был ядром небольшой кометы с пылевым хвостом. Проникновение вещества хвоста в земную атмосферу привело, по их мнению, к возникновению оптических аномалий и к появлению серебристых облаков. Впрочем, представление о том, что причиной оптических аномалий 1908 было прохождение Земли сквозь облако космической пыли, высказал еще в 1908 один из очевидцев «светлых ночей» того периода Ф. де Руа, конечно, ничего не знавший о Тунгусском метеорите.
В последующие годы метеорную гипотезу поддерживали и развивали многие астрономы, стремясь объяснить с ее помощью наблюдаемые особенность серебристых облаков – их морфологию, широтное и временное распределение, оптические свойства и т.п. Но метеорная гипотеза в ее чистом виде с этой задачей не справилась, и с 1960 ее развитие практически прекратилось. Но роль метеорных частиц как ядер конденсации и роста кристаллов льда, составляющих серебристые облака, до сих пор остается бесспорной.
Сама по себе конденсационная (ледяная) гипотеза развивалась независимо с 1917, но долгое время не имела достаточных экспериментальных оснований. В 1925 немецкий геофизик А.Вегенер на основе этой гипотезы рассчитал, что для конденсации пара в ледяные кристаллы на высоте 80 км температура воздуха должна быть около –100° C; как выяснилось в ходе ракетных экспериментов спустя 30 лет, Вегенер оказался весьма недалек от истины. Начиная с 1950 в работах В.А.Бронштэна, И.А.Хвостикова и др. была развита метеорно-конденсационная гипотеза серебристых облаков; в ней метеорные частицы играют роль ядер конденсации, без которых образование в атмосфере капель и кристаллов из пара чрезвычайно затруднено. Эта гипотеза отчасти опирается на результаты ракетных экспериментов, в ходе которых на высотах 80–100 км были собраны микроскопические твердые частицы с намерзшей на них ледяной «шубой»; при запуске ракет в зону наблюдавшихся серебристых облаков количество таких частиц оказывалось в сотню раз больше, чем в отсутствие облаков.
Помимо упомянутых «классических» гипотез выдвигались и другие, менее традиционные; рассматривалась связь серебристых облаков с солнечной активностью, с полярными сияниями, с другими геофизическими явлениями. Например, источником водяного пара в мезосфере считалась реакция атмосферного кислорода с протонами солнечного ветра (гипотеза о «солнечном дожде»). Одна из последних гипотез связывает серебристые облака с возникновением озоновых дыр в стратосфере. Область формирования этих облаков изучается все активнее в связи с космическим и стратосферным транспортом: с одной стороны, запуски мощных ракет с водородо-кислородными двигателями служат важным источником водяного пара в мезосфере и стимулируют формирование облаков, а с другой – появление в этой области облаков создает проблемы при возвращении космических аппаратов на Землю. Необходимо создание надежной теории серебристых облаков, дающей возможность прогнозировать и даже управлять этим явлением природы. Но до сих пор многие факты в этой области неполны и противоречивы.
Владимир Сурдин
Всего несколько сотен лет назад Земля была полна неизведанного, и, чтобы закрасить белые пятна, на географических картах рисовали гипотетических аборигенов с песьими головами и человеческими лицами на животах. С тех пор загадок на нашей планете поубавилось. Тем интереснее те, которые современная наука все еще не может разгадать…
Сергей Сысоев
Поляризация света Свет представляет собой электромагнитную волну. Поляризация для электромагнитных волн — это явление направленного колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей. Линейная поляризация — это частный случай поляризации, когда колебания вектора напряженности электрического поля лежат в одной плоскости
Сегодня для изучения атмосферы широко применяются так лидарные установки (LIDAR, англ. Light Identification, Detection and Ranging), в которых источником светового луча служит лазер. Небольшая часть его излучения, рассеявшись в атмосфере, возвращается назад и улавливается приемником. Это позволяет по времени прихода отраженного сигнала вычислить расстояние от установки до рассеявшей сигнал области атмосферы. На снимке — лидар обсерватории Pierre Auger (Аргентина)
На схеме наглядно изображен принцип действия лидарной установки. К сожалению, метод имеет непреодолимое ограничение: для него необходимо чистое небо — в плотной облачности лазерный луч теряется практически полностью
Серебристые облака образуются на высоте примерно 80 км, в области, пограничной между мезо- и термосферой, — так называемой мезопаузе. Мезосфера холодна — температура в ней опускается до -150°С. Термосфера же характеризуется очень высокими температурами — воздух (если эту чудовищно разреженную субстанцию можно так назвать) под действием солнечного излучения разогревается порой до 1500 К. Концентрация молекул газов в термосфере настолько мала, что привычные нам механизмы переноса тепловой энергии практически не работают, и единственный способ остыть — излучать энергию. В таких непростых условиях и «обитают» серебристые облака
Причина, по который серебристые облака наблюдаются ночью, а не днем, понятна из приведенной схемы. В то время как наблюдатель находится еще на «ночной территории», серебристые облака попадают в освещенную солнцем зону;. Серебристые облака «любят» не просто ночь, а ночь летнюю. Причина этого проста. Как ни странно, верхняя мезосфера сильнее всего охлаждается именно летом: виновата в этом динамика воздушных потоков в атмосфере. С центрами кристаллизации также нет проблем — ведь микрочастицы метеорного происхождения в мезосфере действительно присутствуют
В июне 1885 года с интервалом в несколько дней несколькими европейскими астрономами было замечено необычное явление: странные облака не виданной ранее структуры, светящиеся в вечерних либо предутренних сумерках, когда Солнце находилось ниже горизонта. В Германии это явление наблюдали астрономы Отто Йессе и Томас Уильям Бэкхаус, в Австро-Венгрии — Вацлав Ласка, в России — Витольд Карлович Цераский. Поскольку все первые наблюдения были сделаны независимо друг от друга, считать первооткрывателем кого-то одного было бы несправедливо. Наиболее серьезное внимание новому явлению уделили Йессе и Цераский. Последнему удалось с приемлемой точностью установить высоту новых облаков над поверхностью Земли — порядка 75 верст. Он же впервые установил ничтожную оптическую плотность облаков — блеск «закрытых» ими звезд почти не терял силы! Йессе также провел соответствующие измерения, но с несколько меньшей точностью. Зато именно он придумал распространенное с тех пор название — «серебристые облака». В англоязычной литературе этот феномен обычно называется noctilucent clouds или (особенно в материалах NASA) polar mesospheric сlouds — PMC.
Условия существования
К концу XIX века в Европе было множество астрономов, регулярно наблюдавших небосвод. Ни один из них до лета 1885 года ничего похожего на серебристые облака не описал. Может быть, наблюдения облаков не зафиксировались в научной истории в силу тривиальности? Но тот же Витольд Цераский к 1885 году уже около десяти лет занимался фотометрией сумеречного небосвода. Это кропотливое занятие требовало пристального внимания к любому облачку, способному исказить данные. Цераский писал: «Мне было бы довольно трудно не заметить явления, которое порою охватывает не более не менее как весь небесный свод». Того же мнения придерживался и Отто Йессе. Поэтому будем исходить из того, что серебристые облака до лета 1885 года действительно не наблюдались и, вероятно, не существовали. Разумеется, попытки объяснить новинку природы были предприняты очень скоро. Наиболее логичным объяснением в тот момент показалось катастрофическое извержение вулкана Кракатау на территории современной Индонезии, приведшее к мощнейшему взрыву, буквально поднявшему на воздух целый остров. Были и другие теории — мы рассмотрим их ниже. Но прежде чем говорить что-то о самих серебристых облаках, стоит обратить внимание на условия, в которых они существуют.
Земная атмосфера — сложный объект, характеризующийся различными условиями. По высоте ее принято подразделять на тропосферу (до 10 км), стратосферу (10−50 км), мезосферу (50−85 км), термосферу и экзосферу. Серебристые облака образуются в области, пограничной между мезо- и термосферой — так называемой мезопаузе.
Физические условия выше и ниже мезопаузы различны. Мезосфера холодна — температура в ней опускается до -150°С. Термосфера, напротив, характеризуется очень высокими температурами — воздух под действием солнечного излучения разогревается порой до 1500К. Концентрация молекул газов в термосфере настолько мала, что привычные нам механизмы переноса тепловой энергии не работают, и единственный способ остыть — излучать энергию.
Теперь представьте себе, какие облака могут появиться в таких «жестких» условиях? Обычные перисто-кучевые облака «обитают» в тропосфере, на высоте 5−6 км, и представляют собой нечто вроде водяного тумана. Облако же, способное образоваться на высоте 70 км, можно сравнить с человеком, приноровившимся к существованию без защитных средств, например, на Юпитере…
Откуда же они появились?
Выше мы упоминали вулканическую гипотезу формирования серебристых облаков, предложенную немецким физиком Фридрихом Кольраушем в конце XIX века. Увы, последующие исследования показали, что свойства облаков и свойства взвешенных в атмосфере вулканических аэрозолей сильно различаются.
В 1920-х годах исследователем метеоритов Леонидом Куликом была предложена гипотеза метеоритного происхождения серебристых облаков — по ней они состоят из мельчайших частиц метеоритного вещества, распыленного в верхних слоях атмосферы. Действительно, исследования мезосферы метеорологическими ракетами еще в 1960-х показали, что в серебристых облаках присутствует определенное количество вещества явно метеоритного происхождения. Но научным мейнстримом к тому времени была уже другая теория — конденсационная, начало которой положил советский физик Иван Андреевич Хвостиков.
Важная особенность серебристых облаков состоит в том, что они наблюдаются из года в год на одних и тех же высотах (порядка 80 км), одних и тех же широтах (50−70 градусов) и только летом, причем все эти правила выполняются и в Северном, и в Южном полушариях. Ни вулканическая, ни метеорная гипотезы объяснить эти факты не могли. Конденсационная версия предполагает, что серебристые облака состоят из мельчайших кристалликов льда, намерзших на аэрозольные частицы. Зона возникновения этих нанольдинок находится на высоте порядка 90 км, оттуда они под действием гравитации постепенно дрейфуют вниз, увеличиваясь в размерах. На высоте около 85 км их скопления становятся видимыми в сумерках при солнечной подсветке снизу — появляются облака. Для формирования таких льдинок нужны как минимум три условия: низкая температура, достаточная влажность и наличие центров кристаллизации.
Наибольшая проблема состоит во влажности воздуха. Верхние километры мезосферы суше Сахары — воды там ничтожно мало и поступает она туда в основном из двух источников. Это, во‑первых, водяной пар снизу, а во-вторых — разрушение молекул метана под действием солнечного ультрафиолета, после чего при участии атмосферного кислорода образуется вода. Трудность в том, что молекулы воды под действием солнечной радиации тоже распадаются — среднее время их жизни в мезопаузе исчисляется несколькими днями. Пока нет полной ясности относительно того, при каких условиях и в какие сроки в мезопаузе может собраться достаточное количество воды, поэтому при всей правдоподобности конденсационной версии вопрос далеко не закрыт.
Средства изучения
Изучение серебристых облаков — дело непростое. Воздух выше стратосферы столь разрежен, что ни самолет, ни аэростат держаться в нем не могут; единственный летательный аппарат, способный добраться до таких высот, — ракета. Это создает изрядные неудобства для исследователей: ракета, летящая с высокой скоростью, находится в изучаемой зоне считанные секунды и контактирует со средой весьма ограниченно. Ее запуск возможен далеко не отовсюду и стоит довольно дорого.
В первой половине XX века для изучения атмосферы было предложено применять оптическое зондирование. Поначалу для этого использовался мощный прожектор. Наблюдаемое рассеяние светового пучка давало информацию о составе и состоянии воздушных масс. В США прожекторное зондирование применялось в основном для определения плотности и температуры воздуха, в СССР важной задачей считалось также изучение атмосферных аэрозолей, для чего луч прожектора поляризовался и далее изучалось распределение поляризации с высотой. Разумеется, прожектор как источник света был не слишком удобен — потолок зондирования никогда не превышал 70 км.
С 1960-х годов для изучения атмосферы все шире и шире применяются так называемые лидарные установки, в которых источником светового луча служит лазер. Небольшая часть его излучения, рассеявшись в атмосфере, возвращается назад и улавливается приемником. Лазерное излучение когерентно, длину его волны и поляризацию можно определить с большой точностью. Испускать лазерный луч можно в течение промежутка времени, определяемого с высокой точностью. Таким образом задается длина светового пучка. Это позволяет по времени прихода отраженного сигнала вычислить расстояние от установки до рассеявшей сигнал области атмосферы с точностью до нескольких метров. Ну а характеристики отраженного (рассеянного) излучения несут в себе информацию о той среде, от которой он отразился.
Второй важный инструмент — исследование поляризации света. То, что видимый нами солнечный свет поляризован, обнаружил еще Франсуа Араго в далеком 1809 году, он же установил, что максимум поляризации находится на угловом расстоянии в 90 градусов от Солнца. На степень поляризации света влияют свойства той среды, на которой он рассеялся. На этом и основан метод. Особенно замечательно то, что в сумерках, когда находящееся под горизонтом Солнце подсвечивает земную атмосферу снизу, поляриметрия дает информацию о свойствах конкретного слоя воздуха, ярче всего освещенного именно в этот момент. Таким образом, измеряя поляризацию в течение сумерек, можно получить распределение свойств по высоте.
С началом космической эры на повестку дня встал вопрос о том, что наблюдать серебристые облака можно и из космоса. Первым аппаратом, созданным специально для исследований мезосферы и серебристых облаков, стал американский спутник AIM (The Aeronomy of Ice in the Mesosphere), запущенный в 2007 году и работающий на орбите до сих пор.
…и Тунгусский метеорит
Самый известный случай массового наблюдения серебристых облаков произошел летом 1908 года, непосредственно после падения Тунгусского метеорита и, логично полагать, в связи с ним. Почти по всей Европе из-за светящихся облаков наступили «белые ночи» — даже там, где отродясь никто о них не слыхивал. Очевидцы вспоминали, что посреди ночи было достаточно света, чтобы читать газету. К сожалению, надежных инструментальных замеров почти не проводилось, а современные оценки сильно расходятся — освещенность тех ночей оценивается как превышающая естественный фон в 10−8000 раз.
Современники, как правило, не связывали необычные облака с Тунгусским метеоритом, поскольку не знали о его существовании. Сам факт падения какого-то небесного тела где-то в Енисейской губернии был известен — его даже пытались искать, но истинный масштаб произошедшего ученые смогли оценить лишь два десятка лет спустя. Кроме того, как раз в тех местах атмосферных аномалий, во всяком случае явных, не наблюдалось. Ночную иллюминацию объяснили вулканизмом, что по тем временам звучало правдоподобно.
С точки зрения сегодняшних представлений, серебристые облака лета 1908 года связаны все-таки скорее с Тунгуской — но вот как? Хотя версий произошедшего в 1908 году наберется около сотни, наибольшим доверием ученых пользовались две: метеоритная и кометная. Метеоритная натыкается на фундаментальную проблему — куда делся камушек? Кометная кажется по всем статьям лучше, но появление серебристых облаков в ее рамках выглядит труднообъяснимым. Распыленное в атмосфере вещество должно было улететь от Ванавары на восток, а серебристые облака были бы видны во Владивостоке и Токио — но ничего подобного не произошло. Кроме того, размеры кометной «ауры» доходят до сотен тысяч, а иногда и миллионов километров. Подлетая к Земле приблизительно со стороны Солнца, хвостатая гостья должна была напылить в атмосфере еще за пару дней до падения, а вращение Земли совершенно естественным путем распределило бы все вещество равномерно по окружности.
Вот и получается, что загадочный тунгусский феномен изрядно увеличивает количество вопросов и к серебристым облакам. Спустя 125 лет после того, как приват-доцент Витольд Карлович Цераский под утро увидел в небе необычные облака, мы все еще не можем сказать с уверенностью, что понимаем, откуда и как они взялись.
Серебристые облака, образуясь практически на границе земной атмосферы и космоса, что в значительной мере затрудняет их исследование, по-прежнему хранят множество секретов о своей природе и происхождении.
Первые документально зафиксированные свидетельства о наблюдении серебристых облаков можно встретить в астрономических трудах ученых из Старого Света. Эти записи датируются серединой 17 века и отличаются крайней скудостью, бессистемностью и противоречивостью фактов. Лишь летом 1885 года это странное явление привлекло внимание сразу нескольких астрономов из разных стран Северного полушария. Честь открытия необычных облаков по результатам независимых друг от друга наблюдений разделили между собой российский ученый В. К. Цераский и немецкий – Т. У. Бэкхаус. Наиболее ответственно к исследованию нового для науки явления подошел именно отечественный астроном. Он сумел определить примерное расстояние до границ проявления уникального атмосферного процесса (около 80 км) и ничтожно малую оптическую плотность этих формирований. В течение следующих трех лет серебристые облака изучал еще один немецкий ученый – Отто Йессе. Он подтвердил данные, полученные Цераским, и дал вновь открытому явлению его нынешнее название.
Общие сведения
Серебристые (ночные светящиеся, полярные мезоморфные) облака – это рекордсмены земной атмосферы, высота образования которых варьирует в пределах 70-95 км. Формирование явлений такого рода возможно только в областях стратосферы с минимальными температурными режимами, составляющими диапазон от -70 до -120°С. Время появления серебристых облаков – вечерние и предрассветные сумерки. Зональные особенности, в которых протекают процессы их образования, долгие годы обусловливали практическую невозможность получения объективных сведений об этом удивительном атмосферном феномене. К дополнительным отрицательным факторам относилась близость космоса, проникающие частицы метеорного вещества и межзвездной пыли, действие магнитных полей, различные физико-химические реакции, зависимость наблюдений от положения Земли и времени суток. К тому же, высота расположения серебристых облаков в мезосфере оказалась труднодоступной для многих современных летательных аппаратов (слишком высоко для самолетов, низко – для спутников). Сегодня в изучении и исследовании уникального явления доминируют представители геофизических и астрономических направлений в науке.
Свойства и виды
Онлайн снимок серебристых облаков со спутника AIM
Основу серебристых облаков составляют кристаллы замерзшей влаги, конденсируемой, а после формирующей ледовую оболочку вокруг микроскопических частиц (0,1-0,7 мкм) земного или космического происхождения. Этим объясняется максимальная прозрачность таких образований, задерживающих собой всего лишь тысячную долю светового потока.
Сквозь серебристые облака превосходно просматриваются звезды. Ядром кристаллов могут служить невидимые глазу фрагменты метеорного или кометного вещества, вулканическая или межпланетная пыль, замерзшие частички водяного пара. С момента открытия этого явления учеными выдвигались различные предположения по поводу его причин и происхождения. Гипотезы эволюционировали следующим образом: вулканическая (с 1887 г.), метеорная (с 1926 г.), конденсационная (с 1950 г.). Периодически появлялись и другие теории, пытавшиеся объяснить атмосферный феномен с помощью различных геофизических явлений, но они не снискали поддержки в научных кругах.
Серебристые облака имеют разнообразную структуру, исходя из чего они и классифицируются по этим признакам на несколько видов:
- Флер – самая примитивная форма, характеризующаяся размытым строением и тусклым белесым свечением.
- Полосы – выстраиваются небольшими параллельными или переплетающимися линиями, напоминающими струи. Бывают резко очерченными или размытыми.
- Волны – визуально очень похожи на искаженную небольшой рябью поверхность воды. Делятся на 3 подвида.
- Вихри – представляют скрученные кольцеобразные завихрения с темной центральной частью. По радиусу и сложности структуры различают 3 подгруппы, к последней из которых принадлежит наиболее редкое явление – облака, напоминающие разлетающееся от взрыва светящееся вещество.
Сегодня серебристые облака – это уникальные и единственные в своем роде образования, несущие важную для науки информацию о процессах, происходящих в мезопаузе. Исследования этого явления проводятся методами ракетного, лазерного и радиолокационного зондирования, давая все новые сведения о волновых атмосферных движениях, высотных ветрах и процессах, влияющих на их временные изменения.
Галерея изображений
Условия и время наблюдения
В светлые часы суток найти и рассмотреть на небе серебристые облака удастся едва ли. Их время – темное чистое небо в глубоких вечерних или предрассветных сумерках, когда земное светило опускается на 6-12° за линию горизонта. В этот период солнечные лучи перестают освещать нижние атмосферные массы, продолжая свое воздействие на разреженные верхние области: стратосферу и мезосферу. Создаваемый при таких условиях фон является оптимальным для наблюдения красот серебристых облаков. Несмотря на значительную силу ветра на больших высотах, образуемые объекты довольно статичны, что упрощает их исследование и съемку, создавая прекрасную возможность рассмотреть все детали редкого явления. Насладиться фантастическими формами и красками серебристых облаков могут жители и Южного, и Северного полушарий. Для первых это возможно в январе-феврале на 40°-65° широты, для последних – июнь-июль, 45°-70°. Наиболее возможное место появления объектов – северная часть небосвода на высоте над линией горизонта от 3 до 15 градусов.
Путешествия серебристых облаков в небе над Беларусью летом 2013 года!
Первые качественные снимки серебристых облаков были получены немецким ученым Отто Йессе еще в 1887 году.
Уникальные атмосферные образования этого типа очень трудно отличить от их перистых собратьев, поэтому периодически в среде любителей небесных световых шоу в этом вопросе возникает путаница.
Для жителей России оптимальной областью наблюдения интересного явления будут широты с 55° по 58°.
В нашем полушарии изучение и исследование серебристых облаков доступно только астрономам и метеорологам из РФ, Канады и Северной Европы. Причем максимальный вклад открытий в этой сфере принадлежит не профессиональным ученым, а любителям.
Высотный диапазон, в котором протекают процессы формирования явления, необъяснимым образом способен сжиматься до 80-85 км, расширяясь после до 60-120 км.
Основной причиной красочного свечения серебристых облаков является эффект рассеивания ультрафиолетового спектра солнечных лучей.
К 2007 году специалисты НАСА разработали и запустили в действие проект AIM. Миссию составил спутник, аппаратура которого фиксирует основные процессы, происходящие в мезосфере нашей планеты. Высокоточные приборы расширили область знаний о химическом составе серебристых облаков, проведя анализ и замеры кристаллов льда, газовых молекул и частиц космической пыли.
Лекция О.С. Угольникова про серебристые облака
Серебристые облака - самые высокие облачные образования в земной атмосфере, образующиеся на высотах 70-95 км. Их называют также полярными мезосферными облаками (polar mesospheric clouds, PMC) или ночными светящимися облаками (noctilucent clouds, NLC). Именно последнее название, наиболее точно отвечающее их внешнему виду и условиям их наблюдения, принято как стандартное в международной практике.
Наблюдать серебристые облака можно лишь в летние месяцы: в Северном полушарии в июне-июле, обычно - с середины июня до середины июля, и лишь на географических широтах от 45 до 70 градусов, причем в большинстве случаев - от 55 до 65 градусов. В Южном полушарии - в конце декабря и в январе на широтах от 40 до 65 градусов. В это время года и на этих широтах Солнце даже в полночь опускается не очень глубоко под горизонт, и его скользящие лучи освещают стратосферу, где на высоте в среднем около 83 км появляются серебристые облака. Как правило, они видны невысоко над горизонтом, на высоте 3-10 градусов в северной части неба (для наблюдателей Северного полушария). При внимательном наблюдении их замечают ежегодно, но высокой яркости они достигают далеко не каждый год.
Днем, даже на фоне чистого голубого неба эти облака не видны: очень уж они тонкие, "эфирные". Лишь глубокие сумерки и ночная тьма делают их заметными для наземного наблюдателя. Правда, с помощью аппаратуры, поднятой на большие высоты, эти облака можно регистрировать и в дневное время. Легко убедиться в поразительной прозрачности серебристых облаков: сквозь них прекрасно видны звезды.
Для геофизиков и астрономов серебристые облака представляют большой интерес. Ведь эти облака рождаются в области температурного минимума, где атмосфера охлаждена до -70 С, а иногда и до -100 С. Высоты от 50 до 150 км исследованы еще слабо, поскольку самолеты и аэростаты туда не могут подняться, а искусственные спутники Земли не могут надолго туда опуститься. Поэтому до сих пор ученые спорят как об условиях на этих высотах, так и о природе самих серебристых облаков, которые, в отличие от низких тропосферных облаков, находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Межпланетная пыль, метеорное вещество, заряженные частицы солнечного и космического происхождения, магнитные поля постоянно участвуют в физико-химических процессах, происходящих в верхней атмосфере. Результаты этого взаимодействия наблюдаются в виде полярных сияний, свечения атмосферы, метеорных явлений, изменений цвета и продолжительности сумерек. Предстоит еще выяснить, какую роль эти явления играют в развитии серебристых облаков.
В настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о ветрах на больших высотах, о волновых движениях в мезопаузе, что существенно дополняет исследование ее динамики другими методами такими как: радиолокация метеорных следов, ракетное и лазерное зондирование. Обширные площади и значительное время существования таких облачных полей дает уникальную возможность для прямого определения параметров атмосферных волн различного типа и их временной эволюции.
В силу географических особенностей этого явления, серебристые облака в основном изучаются в Северной Европе, России и Канаде. Российские ученые внесли и вносят в эту работу весьма значительный вклад, причем немалую роль играют квалифицированные наблюдения, полученные любителями науки.
Открытие серебристых облаков
Некоторые упоминания о ночных светящихся облаках встречаются в работах европейских ученых 17-18 вв., но они имеют отрывочный и нечеткий характер. Временем открытия серебристых облаков принято считать июнь 1885 г., когда их заметили сразу десятки наблюдателей в разных странах. Первооткрывателями этого явления считаются Т. Бэкхаус (Backhouse T.W.), наблюдавший их 8 июня в Киссингене (Германия), и астроном Московского университета Витольд Карлович Цераский, обнаруживший их независимо и впервые наблюдавший вечером 12 июня (по новому стилю). В последующие дни Цераский вместе с известным пулковским астрофизиком А.А. Белопольским, работавшем тогда в Московской обсерватории, подробно изучил серебристые облака и впервые определил их высоту, получив значения от 73 до 83 км, подтвержденные через 3 года немецким метеорологом Отто Иессе (O. Jesse).
Ночные светящиеся облака произвели на Цераского большое впечатление: "Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялось, и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн, или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями... Это настолько блестящее явление, что совершенно невозможно составить себе о нем представление без рисунков и подробного описания. Некоторые длинные, ослепительно серебристые полосы перекрещивающиеся или параллельные горизонту, изменяются довольно медленно и столь резки, что их можно удерживать в поле зрения телескопа". (Более подробное описание открытия серебритых облаков, сделанное Цераским, см. в Приложении.)
Наблюдение серебристых облаков
Следует помнить, что с поверхности Земли серебристые облака могут наблюдаться только в период глубоких сумерек , на фоне почти черного неба и, разумеется, при отсутствии более низких, тропосферных облаков. Необходимо отличать сумеречное небо от зоревого неба. Зори наблюдаются в период ранних гражданских сумерек, когда центр солнечного диска опускается под горизонт наблюдателя на глубину от 0 до 6 градусов. Солнечные лучи при этом освещают всю толщу слоев нижней атмосферы и нижнюю кромку тропосферных облаков. Заря характерна богатым разнообразием ярких красок.