Каких облаков не бывает серебристых или золотистых. Серебристые облака. Тип II, полосы

МОСКВА, 20 июн — РИА Новости. Феномен возникновения в верхних слоях атмосферы Земли так называемых серебристых облаков может быть связан с древним извержением вулкана Кракатау, говорится в совместном сообщении Роскосмоса и московского планетария.

Серебристые облака — самые высокие облачные образования в земной атмосфере, возникающие на высотах 70-95 километров. Их называют также полярными мезосферными облаками (polar mesospheric clouds, PMC) или ночными светящимися облаками (noctilucent clouds, NLC). Это светлые полупрозрачные облака, которые иногда видны на фоне темного неба летней ночью в средних и высоких широтах.

"Тот факт, что это атмосферное явление не наблюдалось до 1885 года, многих ученых привел к мысли, что их появление связано с мощным катастрофическим процессом на Земле — извержением вулкана Кракатау в Индонезии 27 августа 1883 года, когда в атмосферу было выброшено около 35 миллионов тонн вулканической пыли и огромная масса водяного пара. Высказывались и другие гипотезы: метеорная, техногенная, гипотеза о "солнечном дожде". Но до сих пор многие факты в этой области неполны и противоречивы, поэтому серебристые облака продолжают оставаться волнующей проблемой для многих естествоиспытателей", — отмечается в сообщении.

Как образуются серебристые облака

Серебристые облака образуются в верхних слоях атмосферы, на высотах около 90 километров, и освещаются Солнцем, неглубоко опустившимся под горизонт (поэтому в Северном полушарии они наблюдаются в северной части неба, а в Южном полушарии — в южной). Для их образования необходимо сочетание трех факторов: достаточное количество водяного пара, очень низкая температура, наличие мельчайших пылевых частиц, на которых конденсируются пары воды, превращаясь в кристаллики льда.

"При формировании серебристых облаков центрами конденсации влаги, вероятно, служат частицы метеоритной пыли. Солнечный свет, рассеянный крошечными кристаллами льда, дает облакам их характерный голубовато-синий цвет. Из-за своего высотного положения серебристые облака светятся только в ночное время, рассеивая солнечный свет, который попадает на них из-под горизонта. 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", — отмечают исследователи.

Серебристые облака в Северном полушарии

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 они чаще видны на широтах от 55 до 65 градусов. В Южном полушарии их наблюдают 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 километров 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.

(на высоте 80-85 км над поверхностью земли) и видимые в глубоких сумерках . Наблюдаются в летние месяцы в широтах между 43° и 60° (северной и южной широты).

Мезосфера (от греч. μεσο- - «средний» и σφαῖρα - «шар», «сфера») - слой атмосферы на высотах от 40-50 до 80-90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум (порядка +50° C ) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до −70° или −80° C . Такое понижение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном . Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году .

Газовый состав мезосферы, как и расположенных ниже атмосферных слоев, постоянен и содержит около 80% азота и 20% кислорода .

Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой , а от вышележащей термосферы - мезопаузой . Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой .

Примеры серебристых облаков

Серебристое облако на закате. Отражение солнечного света

Серебристы облака ночью. Отражение солнечного света.

Серебристые облака ночью. Источник света не виден, но это Солнце

Серебристые облака отражающие наземное освещение.

Серебристые облака преломляющие свет. И вряд ли это на высоте 50 км…

Серебристые облака создают впечатление «дополнительной» подсветки (фото из моего окна) Фото:

Так раскрашивалось небо этим летом (фото из моего окна).

Впервые серебристые облака были описаны В.К. Цераским, приват-доцентом Московского университета, который наблюдал их 12 июня 1885 года. С этого момента серебристые облака регулярно наблюдаются, как профессионалами, так и любителями астрономии. Для любителей астрономии наблюдение серебристых облаков представляет интерес, т.к. для их наблюдений не нужно никаких оптических приборов, более того в телескоп серебристые облака наблюдать сложно из-за малого поля зрения инструмента. Фотографировать же серебристые облака не представляет никакого труда, т.к съемка облаков ничем не отличается от обычной фотосъемки за исключением более длительной выдержки. Если имеется кино- или видеокамера, то наблюдение серебристых облаков приобретает научную ценность, т.к. при помощи замедленной съемки можно проследить все изменения происходящие в серебристых облаках за период съемки.

Наблюдать серебристые облака в северном полушарии Земли можно на широтах от 50 до 70 градусов. Серебристые облака наблюдаются в среднем на высотах 70-80 км и видны на фоне сумеречного сегмента. Наилучшие условия видимости серебристых облаков, это период навигационных сумерек, когда Солнце опускается под горизонт наблюдателя на 6-12°. В это время на слабо освещенном фоне сумеречного неба легко обнаруживаются светящиеся облака . Лучшее время наблюдений июнь и начало июля, т.е. время, когда астрономические сумерки в средних широтах не кончаются.

Серебристые облака представляют из себя великолепное зрелище, т.к. светятся на фоне неба и довольно быстро меняют вид и внешне несколько напоминают полярные сияния. Для обнаружения серебристых облаков нужно просматривать ежедневно северную часть неба примерно через час после захода Солнца и в течение ночи за час до восхода Солнца. Именно в этот период можно увидеть серебристые облака , но если вы не обнаружили облаков, то обязательно нужно указать это, помня, что отрицательный результат, тоже результат.

Если же облака обнаружены, то необходимо провести наблюдения с записью в журнал наблюдений.

Задачи любительских наблюдений серебристых облаков могут быть следующими:

1. Синоптические наблюдения , т.е. систематические наблюдения сумеречного сегмента с целью установления факта наличия или отсутствия серебристых облаков, а в случае их видимости - регистрации некоторых характерных признаков (протяженность по азимуту и высоте, яркость, морфологические формы). Для выполнения этих наблюдений нужна площадка с открытым северным горизонтом, часы.

2. Исследование структуры. Может производиться путем визуальных наблюдений, фотографирования или замедленной киносъемки. Ценность наблюдений возрастает по мере перехода от первого метода к третьему. Необходимые инструменты: фотоаппарат типа "Зенит", кинокамера.

3. Изучение движений серебристых облаков. Производится путем их последовательного фотографирования или замедленной киносъемки.

4. Определение высот. Для решения этой задачи нужно фотографировать серебристые облака в заранее согласованные моменты из двух пунктов, разделенных расстоянием в 20-30 км. Фотоаппараты в обоих пунктах должны быть одинаковыми. Нужны точные часы, проверяемые по радио.

Синоптические наблюдения имеют целью учитывать статистику появлений серебристых облаков. По данным синоптических наблюдений строятся распределения появлений серебристых облаков по широтам, сезонам и другим признакам (долготам, баллам яркости и т. д.).

Возможность увидеть серебристые облака во многом зависит от погоды, точнее, от наличия обычных, тропосферных облаков в сумеречном сегменте и определяется по буквенной шкале:

А - сумеречное небо совершенно безоблачно,
Б - сумеречное небо частично, до половины, закрыто отдельными облаками нижнего или верхнего ярусов,
В - сумеречное небо до 4/5 закрыто тропосферной облачностью,
Г - сумеречное небо видно только через небольшие окна в тропосферных облаках ,
Д - сумеречное небо полностью закрыто тропосферными облаками .

Серебристые облака имеют специфическую морфологию, иначе - структуру. разделяемую на четыре основных типа.

Тип I, флер.

Облака почти однородного свечения отдельных участков фона сумеречного неба. Флер очень хорошо обнаруживается благодаря своему туманообразному строению с нежно-белым или голубоватым оттенком. Флер часто предшествует (приблизительно за полчаса) появлению серебристых облаков с более развитой структурой. Часто можно наблюдать, как гребешки и другие детали серебристых облаков появляются в разрывах флера или просвечивают сквозь него.

Тип II, полосы.

Группа а (II-а). Размытые полосы, расположенные группами, параллельные друг другу или переплетающиеся между собой под небольшим углом.

Иногда, полосы как бы расходятся веером из одной удаленной точки, расположенной на горизонте.

Группа б (II - б). Полосы, резко очерченные наподобие узких струек, наблюдаются в основном у серебристых облаков с большой яркостью и при наличии других хорошо развитых форм.

Тип III, гребешки.

Группа а (III - а). Гребешки, это участки с частым расположением узких, резко очерченных, параллельных, обычно коротких полос наподобие легкой ряби на поверхности воды при слабом порыве ветра.

Группа б (III-6). Гребни имеют более четко выраженное неравномерное распределение яркости в поперечном направлении с хорошо заметными "волнами"

Группа в (III-в). Волнообразные изгибы. Изгибы серебристых облаков имеют четко выраженный волновой характер движения.

Тип IV, вихри.

Группа (IV-а). Завихрения и круглые просветы. Завихрениям подвергаются полосы (II), гребешки (III) и иногда флер (I).

Группа б (IV-6). Завихрение в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления.

Группа в (IV-в). Мощные вихревые выбросы светящейся материи в сторону от основного облака . Это редкое образование в серебристых облаках характерно быстрой изменчивостью своей формы.

Фотографировать серебристые облака можно любым фотоаппаратом, рассчитанным на размер кадра 24х36 мм. И такие снимки представляют научную ценность. При съемке аппарат должен быть отфокусирован на бесконечность. Снимать надо при полном отверстии, при этом время экспозиции будет в пределах от нескольких секунд до 2-3 минут.

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