Серебряные облака


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.


Источник: ria.ru

Поздней весной и в начале лета на закате и в ранних сумерках вы можете увидеть фантастическое зрелище — серебристые облака. Они возникают высоко в атмосфере и могут сиять почти всю ночь. В этом году астрономы говорят о необычайно ярких серебристых облаках, которые появляются чаще и видны дольше, чем в прежние годы. Астроном, сотрудник Института космических исследований РАН Олег Угольников рассказывает для читателей N + 1 об истории открытия и изучения серебристых облаков, а также о том, причастно ли человечество к их появлению.

Примерно в 10 вечера 6 июля 1885 года живописец-маринист и любитель прогулок под парусом Роберт Чарлз Лесли, бродивший по окрестностям Саутгемптона с приятелем, стал свидетелем необыкновенного небесного явления — прямо у них на глазах высоко в небе появились необычные светящиеся облака. Вероятно, их видели еще сотни, если не тысячи пар глаз, но Лесли, в отличие от всех прочих, отправил сообщение о своих наблюдениях в научный журнал.

«С 1883 года и в прошлом году временами наблюдалось необычное свечение до и после захода Солнца. Но я никогда не видел во время сумерек картины настолько странной, как в понедельник вечером, 6 (июля), когда целое море светящихся серебристо-белых облаков появилось над полосой светлого сумеречного неба… Эти облака были похожи на волны по форме и, видимо, находились на большой высоте… Мой друг, который был со мной, сравнил свечение этих облаков с сиянием белой фосфорной краски», — говорилось в письме Лесли, опубликованном в журнале Nature.


Благодаря этой публикации мы сегодня можем назвать (пусть и довольно символически) имя первооткрывателя и даже дату открытия серебристых облаков. Это явление многие считают одним из самых красивых зрелищ летнего неба.

Короткими светлыми ночами над незатухающей даже в полночь зарей появляются кружева, чем-то похожие на перистые облака. Но дело происходит в темные сумерки, когда «обычные» перистые облака не освещены Солнцем и выглядят как темно-серые пятна на звездном небе. Однако серебристые, или «ночные светящиеся» (noctilucent), облака, как их называют на многих языках мира, остаются светлыми и даже ярче выделяются по мере потемнения неба. В это время Солнце хорошо освещает только высокие слои атмосферы (на уровне 80 километров и более), где плотность воздуха в сотни тысяч раз меньше, чем у поверхности Земли.

Может показаться странным, но до наблюдений Лесли и нескольких других ученых человечество не знало о существовании серебристых облаков. Более того, возможно, что тогда, 6 июля 1885 года, они вообще впервые появились на небе — и Лесли увидел самые «молодые» серебристые облака в нашей атмосфере.

Вскоре после извержения вулкана Кракатау в 1883 году жители Европы стали свидетелями множества странных небесных явлений — необычайно светлых ночей, свечения на закате (именно об этих явлениях упоминает Лесли в своей статье), гало вокруг Солнца. Множество сообщений об этих явлениях появляется в научных журналах, в том числе на страницах Nature.


Примерно тогда же, летом 1885 года, после первых сообщений серебристые облака стали объектом всеобщего внимания во многих странах Европы, в том числе и в России, где облака наблюдал приват-доцент Московского университета Витольд Цераский. (Кстати, у нас в стране открытие серебристых облаков приписывали именно ему.)

Трудно представить, чтобы серебристые облака прежде просто не замечали, слишком это масштабное и красивое явление. Похоже, раньше они вообще не появлялись, по крайней мере на широтах Центральной и Северной Европы. Достаточно быстро измерив высоту этих облаков, ученые поначалу не могли понять природу их появления при очень низком атмосферном давлении.

В первой половине XX века было высказано предположение, что серебристые облака образуются из обычного водяного льда (хотя окончательно подтверждено это было значительно позже). Но для этого требовались очень низкие температуры (130 градусов ниже нуля), что поначалу казалось невероятным для летнего сезона, когда высокие слои атмосферы круглосуточно освещены Солнцем.

Лишь во второй половине XX столетия стало ясно, что верхняя мезосфера (высоты 80-90 километров) — действительно самый холодный слой атмосферы и вообще всей нашей планеты, причем летом там на 50-100 градусов Цельсия холоднее, чем зимой! Причиной аномального хода температуры являются быстрые восходящие потоки воздуха с высот стратопаузы (50 километров) летом, при которых газ стремительно расширяется и почти адиабатически охлаждается.


В изменении температуры, по-видимому, кроется и загадка внезапного появления облаков только в последние полтора века. Как ни странно, и этот феномен мог возникнуть под влиянием деятельности человека.

Парниковые газы (прежде всего, диоксид углерода), увеличивающие температуру у поверхности Земли, действуют противоположным образом в высоких слоях атмосферы, переводя тепловую энергию в инфракрасное излучение, покидающее Землю (механизм радиативного выхолаживания). До конца XIX века в мезосфере средних широт, по-видимому, просто не было настолько холодно.

Серебристые облака могли существовать и ранее, но на более высоких широтах, оставаясь незаметными из-за белых ночей. В настоящее время они наблюдаются там с искусственных спутников Земли (прежде всего, со спутника AIM), данные которых показывают, что вблизи Северного полюса серебристые облака существуют практически круглый год.

Таким образом, главными факторами, определяющими возникновение серебристых облаков, являются температура вблизи мезопаузы и содержание водяного пара в ней. Влияет и метеорная активность, создающая в разреженном воздухе ядра конденсации — частицы «метеорного дыма» нанометровых размеров.

Все три фактора важны, но видимая яркость серебристых облаков определяется, в первую очередь, температурой среды. Сама она сильно зависит от распространения акустико-гравитационных волн из нижних слоев атмосферы. Волны имеют вертикальный масштаб порядка нескольких километров, и температура на нем может меняться на многие десятки градусов.


Попадая в слой низкой температуры (менее 145-150 кельвин), частица обрастает льдом, одновременно опускаясь вниз. После выхода из холодного слоя лед быстро испаряется. Именно поэтому слой серебристых облаков всегда очень тонкий, не более 3–5 километров толщиной. А вид серебристых облаков в небе часто имеет красивую волнообразную структуру.

Льдинки редко достигают размеров более 100 нанометров. Для таких частиц характерна очень резкая зависимость коэффициента рассеяния света от радиуса (~r6). Поэтому даже незначительное уменьшение температуры, расширение слоя холода или увеличение содержания водяного пара могут резко сказаться на визуальных характеристиках серебристых облаков.

При этом мы видим самые крупные частицы, расположенные у нижней границы холодного слоя. Поэтому высота облаков (80-82 километра) несколько ниже средней высоты летней мезопаузы (около 90 километров). На высотах около 80 километров увеличивается содержание водяного пара, что также важно для образования более крупных частиц.

В отдельных редких случаях температура может уменьшаться до 125–130 кельвин, а слой замерзания частиц — достигать в ширину 3–4 километров. Такая ситуация сложилась в атмосфере над Москвой в 20-х числах июня 2018 года, когда наблюдались одни из самых ярких серебристых облаков последних десятилетий.


Тогда даже высказывались предположения, что аномальные серебристые облака над столицей были вызваны падением метеорита «Озерки» в Липецкой области утром 21 июня. Но анализ показал, что дело было не в увеличении числа частиц, а в их размере, что как раз определялось температурой.

Серебристые облака в июне 2018 года в Москве привлекли внимание большого числа людей и стали объектами красивых фотографий.

Период видимости серебристых облаков на широте Москвы обычно охватывает июнь и июль. Надо отметить, что широты средней полосы России — самые благоприятные для наблюдений, так как Солнце подсвечивает верхнюю мезосферу всю короткую летнюю ночь. Севернее летом слишком светло, а южнее облака могут быть видны только поздним вечером и ранним утром, причем там они появляются существенно реже.

Впрочем, в 2019 году серебристые облака регулярно наблюдаются с первых чисел июня, а в зону их видимости попадали такие совсем не северные города, как Ташкент и Лос-Анджелес. Яркие облака наблюдались утром 14 июня в Москве и Центральной России.

Тенденция на все более частое наблюдение серебристых облаков, в том числе ярких, в последнее время очевидна. Наиболее вероятная причина этого связана с продолжающимся похолоданием верхней мезосферы, обнаруженном во второй половине XX века и в северных широтах особенно сильным в летний период.

Таким образом, красивое явление на небе в летние ночи может быть видимым результатом негативных процессов антропогенного происхождения, протекающих в атмосфере, и быть «ближайшим родственником» парникового эффекта и глобального потепления.


Конечно, на появление облаков в тот или иной период могут влиять и другие факторы — вулканические извержения (как это случилось в конце XIX века), метеорные потоки и кометное вещество (здесь можно вспомнить аномально светлые ночи 1908 года после Тунгусского события), солнечная активность, существенно влияющая на содержание водяных паров в верхних слоях атмосферы (их становится больше в минимуме активности, именно такая ситуация имеет место в настоящее время).

Важность того или иного фактора можно будет оценить на основе систематических наблюдений облаков — не только и даже не столько самого факта их появления, а по данным измерений среднего размера частиц. Такие измерения сейчас проводятся как с борта искусственных спутников Земли, так и с поверхности нашей планеты.

Для этого используются лидары (лазерное зондирование) и измерение яркости, цвета и поляризации облаков на небе. Фактически, эту важную работу можно производить средствами обычных современных цифровых фотокамер, и здесь вклад любителей астрономии и наблюдателей, имеющих подобную аппаратуру, может быть весьма существенным.

Олег Угольников

Источник: nplus1.ru


На закате Солнца можно наблюдать самые фантастические цвета и причудливые картины. Иногда в голову приходит мысль, что если это правдиво нарисовать, то люди не поверят – скажут, что такого не бывает, и что художник преувеличил действительность. Мы привыкли думать, что все это физика, все объясняется преломлением света в слоях атмосферы. Однако есть явления на небе, которые все еще не имеют точного объяснения и которыми давно занимаются ученые метеорологи, физики, астрономы. Одно из таких явлений – серебристые облака.

Серебряные облака

Серебристые облака. Фото: mygeos.com

Серебристые облака  — это очень красивое и сравнительно редкое атмосферное явление, которое можно наблюдать в широтах между 43° и 65°  летом в период коротких ночей, в глубоких сумерках. Это самые высокие облака в атмосфере Земли, они образуются в мезосфере на высоте около 85 км и видны только тогда, когда освещены солнцем из-за горизонта, в то время как более низкие слои атмосферы находятся в земной тени. Отличить мезосферные облака от обычных низких тропосферных довольно просто: последние видны на фоне вечерней зари тёмными, а первые — светлыми и даже как бы светящимися, т.к. зашедшее солнце может «подсвечивать» только достаточно «высокие» объекты. 

Оптическая плотность мезосферных облаков ничтожна, и через них зачастую проглядывают звезды. Неудивительно, что эти облака наблюдаются преимущественно в самые короткие ночи в высоких широтах: именно при таких условиях, когда солнце заходит ненадолго и не далеко за горизонт. Интересно, что серебристые облака передвигаются очень быстро – их средняя скорость 100 метров в секунду.


Серебряные облака

Природа серебристых облаков полностью не изучена. Впервые серебристые облака заметили в 1885 году, спустя два года после извержения вулкана Кракатау. Пепел, выброшенный этим вулканом, вызывал настолько великолепные закаты, что созерцание предзакатного неба стало очень популярным занятием. Одним из таких наблюдателей был немецкий ученый Т. Бэкхаус (Backhouse T.W.), заметивший на полностью черном небе тонкие, мерцающие голубоватым светом, серебряные полосы и описавший их в своей статье.  Приват-доцент Московского университета Витольд Карлович Цераский, который наблюдал серебристые облака 12 июня 1885 года, также заметил, что эти облака, ярко выделяющиеся на фоне сумеречного неба, становились совершенно невидимыми, когда выходили за пределы сумеречного сегмента неба. Он назвал их «ночными светящимися облаками». Первоначально ученые связывали появление серебристых облаков с вулканической пылью, однако явление наблюдалось достаточно часто и при отсутствии извержений вулканов. В. К. Цераский совместно с астрономом из Пулковской обсерватории А. А. Белопольским, работавшим в это время в Московской обсерватории, изучил серебристые облака и определил их высоту, которая по его наблюдениям составляла от 73 до 83 км. Это значение подтвердил через 3 года немецкий метеоролог Отто Иессе (O.Jesse).

Исследователь Тунгусского метеорита Л. А. Кулик в 1926 году предложил метеорно-метеоритную гипотезу образования серебристых облаков, согласно которой метеорные частицы, попавшие в атмосферу Земли, являются ядрами конденсации водяного пара. Однако эта теория  не объясняла их характерную тонкую структуру, сравнимую со структурой перистых облаков. В 1952 году И. А. Хвостиков выдвинул гипотезу, получившую название конденсационной (или ледяной), согласно которой серебристые облака имеют строение, подобное строению перистых облаков, состоящих из кристалликов льда.

Недавно теория метеорного происхождения серебристых облаков была подтверждена НАСА.  «Мы обнаружили в составе серебристых облаков частички «метеорного дыма». Это открытие подтверждает теорию о том, что частички метеорной пыли являются зародышами, вокруг которых формируются кристаллы серебристых облаков»,- сообщил научный руководитель программы NASA AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) Джеймс Рассел из Хемптонского университета.

Каждый день на Землю выпадает больше тонны метеорной пыли. Влетая в атмосферу на огромных скоростях, эта пыль в большинстве своем полностью сгорает на высотах 70-100 км, оставляя за собой «дым», состоящий из микроскопических частиц. Эти частички образуют своего рода центры кристаллизации, вокруг которых молекулы воды образуют ледяные кристаллики. Но в отличие от кристаллов, образующихся в обычных облаках, кристаллы серебристых облаков очень мелкие. Примерно в 10-100 раз мельче, чем кристаллы дождевых облаков. Этим объясняется необычный синеватый оттенок серебристых облаков, так как мелкие кристаллы льда лучше преломляют свет более коротковолновой части спектра – синей и фиолетовой.

Серебряные облака

Кельн, Германия, 10 июня 2013 г. © Chris Kranich | Spaceweather.com

В настоящее время не до конца ясна природа появления на высоте 80 км в достаточном количестве водяного пара, необходимого для образования серебристых облаков. В 2012 году, после 5 лет работы спутника AIM, была опубликована новая гипотеза о природе появления воды в мезосфере, которая смогла объяснить, почему облака появились 130 лет назад, а до этого не наблюдались. Согласно этой теории, источником образования воды является газ метан, которым атмосфера Земли начала интенсивно обогащается, начиная с конца позапрошлого века. Повышению содержания метана в атмосфере во многом способствует промышленные разработки нефтяных и газовых месторождений, захоронения бытовых и промышленных отходов и т.д. По своему парниковому эффекту метан в десятки раз превосходит двуокись углерода. Но CO2 тяжелее воздуха и потому скапливается непосредственно у поверхности Земли и при этом еще «утилизируется» растениями. Метан легче воздуха и поднимается вверх до 10-12 км. При этом часть молекул метана под воздействием солнечной радиации и атмосферного кислорода и озона разлагаются на молекулы воды, которые под действием конвективных потоков поднимаются еще выше, до 70-80 км. Там они, конденсируясь на метеорной пыли, и порождают серебристые облака. Таким образом, ученые считают, что серебристые облака могут быть своего рода индикатором чрезмерного скопления метана и последующего за этим глобального потепления из-за парникового эффекта.

Исследования серебристых облаков продолжаются. «Ночные светящиеся облака», или «полярные мезосферные облака», как их еще называют, служат главным источником информации о перемещении воздушных масс в верхних слоях атмосферы, что делает их изучение еще более насущной и важной задачей. Именно эту цель и преследует проект PoSSUM (Polar Suborbital Science in the Upper Mesosphere) под руководством Джейсона Раймуллера. Исследователь поясняет: «Идея состоит в том, чтобы создать лабораторию для изучения серебристых облаков. Речь идет о портативной лаборатории, которая размещалась бы на борту летательного аппарата и производила бы нужные нам измерения во время суборбитального полета. Один из самых важных приборов этой лаборатории —  лазерный радар. Рассеяние лазерных импульсов на весьма редких на этой высоте молекулах озона, азота, кислорода, аргона и углекислого газа позволит отслеживать протекающие в мезосфере термодинамические процессы.» Проект PoSSUM предусматривает распыление в мезосфере триметилалюминия — причем регистрировать светящиеся шлейфы предполагается не с поверхности земли, как это происходило ранее в рамках проекта ATREX, а с борта самолетов на высоте около 6,5 тысяч метров.

Источник: temperatures.ru

Серебристые облака образуются в верхних слоях атмосферы, на высотах 80-90 км 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 трёх факторов: достаточное количество водяного пара; очень низкая (до минус 100 градусов С) 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.

Серебряные облака

Наблюдать серебристые облака можно лишь в летние месяцы в Северном полушарии, лучше всего 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 км появляются серебристые облака. Как правило, серебристые облака 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.

Источник: www.planetarium-moscow.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.