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.
|
