Астрономия из первых рук

СЕРЕБРИСТЫЕ ОБЛАКА И АТМОСФЕРНЫЕ ВОЛНЫ

Н.Н.Шефов, А.И.Семенов

Серебристые облака были открыты в июне 1885 года почти одновременно в Германии, Чехословакии и России, и с этой поры началось их активное изучение. Сразу же путем триангуляционных измерений было показано, что они локализованы на высотах около 80 км. Дальнейшим анализом диапазон высот был уточнен в 75-90 км при наиболее вероятном значении 83 км. При этом толщина светящегося слоя составляет около 1-2 км. Это означает, что условия их возникновения в значительной степени отличаются от тех, что имеют место в приземной атмосфере.

Систематические наземные наблюдения позволили установить, что серебристые облака появляются только в летнее время, хотя в отдельных случаях отмечались их наблюдения весной и осенью. Все же максимальная вероятность увидеть серебристые облака приходится на начало июля преимущественно в широтном поясе 50^o-65^o.

Одновременно с изучением сезонных и географических характеристик серебристых облаков активно исследовалась и возможная природа их образования. Уже сам факт возникновения спорадического усиления рассеяния света на этих высотах свидетельствует об образовании аэрозоля. Первоначально была выдвинута теория, согласно которой происходит конденсация паров воды. Логическим развитием теории стало объяснение привлечения пылевых частиц метеорного происхождения в качестве ядер конденсации. Это было непосредственно подтверждено прямыми ракетными измерениями. Путем ракетных и наземных оптических измерений также показано, что в летние периоды года на широтах 50^o-70^o температура среды на высотах мезопаузы (83 км) достигает значений 120-160К, в результате чего создаются необходимые условия для конденсации паров воды. Поэтому оказалось вполне естественным, что увеличенное рассеяние света аэрозолем в мезопаузе наблюдалось со спутников во всей околополярной области в летнее время.

Анализ данных многолетних наблюдений серебристых облаков позволил установить надежную статистическую зависимость вероятности их появления от уровня солнечной активности и от фазы лунного прилива. В обоих случаях уменьшение температуры мезопаузы, которое было обнаружено путем наземных оптических исследований собственного излучения верхней атмосферы, сопровождается ростом вероятности появления серебристых облаков.

Одной из наиболее интересных особенностей облаков является их пространственная структура, в которой часто прослеживаются периодические образования. Их движение и развитие (за время наблюдений) были выявлены вскоре после их обнаружения. Оценки скоростей движения показали, что они составляют в среднем около 60 м/с. Только спустя 75 лет после обнаружения облаков стало ясно, что наблюдаемые периодические образования структуры отображают картину распространения в атмосфере внутренних гравитационных волн*). Этот вывод позволил рассматривать серебристые облака как важный источник информации о волновых процессах в верхней атмосфере.

Указанные выше волновые колебания с периодами от 10 минут до нескольких часов и длинами волн в несколько десятков километров, регистрируемые в мезопаузе, возникают в основном в нижних слоях атмосферы в активных метеорологических образованиях типа холодных фронтов, циклонов. Генерируются они и при обтекании горных препятствий воздушными потоками в результате возникновения порывов ветра. Однако это только теоретические модели образования волн, для которых имеется приближенное математическое описание. Фактических сведений о конкретных условиях возникновения волн очень мало. А условия эти, очевидно, формируются над всей поверхностью Земли, и волны могут оставлять невидимый глазом след в области мезопаузы в виде температурных вариаций. И вот здесь наблюдения серебристых облаков (делающих видимой некоторую область атмосферы) содержат поистине уникальную информацию, которая до сих пор практически не использована, несмотря на многие годы фотографирования. Дело в том, что необходимо не просто фотографирование ради красивого изображения, а получение последовательных картин структуры облаков с хорошей координатной привязкой для последующей фотометрической обработки с целью получения сведений о характеристиках волн и направлениях их распространения. Только после этого можно осуществлять надежную статистическую обработку материала для анализа метеорологической ситуации в областях предполагаемой генерации волн. Можно только сожалеть, что материал, накопленный за десятилетия наблюдений в нашей стране, еще не нашел своих исследователей именно с точки зрения изучения волновых процессов в верхних слоях атмосферы.

*) Здесь имеются в виду гравитационные волны, возникающие в жидкости или газе под действием плавучести для элемента среды, выведенного из состояния гидростатического равновесия; возвращающей силой является гравитация.