Серебристые облака

Любительская астрономия > Серебристые облака

Серебристые облака – особенности наблюдения: что это такое с фото, где, когда и как образуются в тропосфере, обнаружение, исследование, классификация, свойства.

Серебристые облака являются наиболее высокими облачными формированиями земной атмосферы. Они образуются на высоте от 70 до 95 км. Второе название данного явления – ночные светящиеся облака (noctilucent clouds, NLC) или полярные мезосферные облака (polar mesospheric clouds, PMC). Но именно название – ночные светящиеся облака определяют условия наблюдения и внешний вид этих облаков. Вы могли видеть, как утренний рассвет играет в серебристых облаках или же наблюдали их на фото.

Как правило, наблюдение серебристых облаков возможно только в летний период: в июне-июле они доступны для наблюдения в Северном полушарии на широтах с 45˚ до 70˚. В Южном полушарии на широтах с 40˚ до 65˚ период наблюдений длится с конца декабря по конец февраля. В это время даже в полуночную пору Солнце опускается не слишком низко под горизонт, поэтому его скользящие лучи прекрасно освещают слои стратосферы. Именно там, на высоте более 83 км формируются серебристые облака. Обычно их можно увидеть около линии горизонта в северной области небосклона на высоте 3-15˚. Ежегодное внимательное наблюдение позволяет отследить динамику яркости серебристых облаков.

В дневное время даже на голубом безоблачном небе увидеть такие облака практически невозможно. Они слишком тонкие для человеческого глаза. Только в глубоких сумерках или в ночное время они становятся заметными для земного наблюдателя. Днем зафиксировать серебристые облака можно только с помощью апертурой, поднятой на значительную высоту. Удостовериться в прозрачности облаков можно достаточно просто. Через них прекрасно визуализируются звезды.

К серебристым облакам наибольший интерес предъявляют астрономы и геофизики. Облака данного типа формируются в зоне температурного минимума, где температура воздуха опускается до -70˚С - 100˚С. Эта область стратосферы крайне слабо исследована, потому что аэростаты и самолеты не способны подняться на такую высоту. В свою очередь, искусственные спутники Земли не могут спуститься туда на достаточное время. В связи с этим, и сегодня не утихают споры о том, каковы условия в области формирования серебристых облаков и какова природа данного явления.

В отличие от низких облаков тропосферы, серебристые облака располагаются в области активного взаимодействия земной атмосферы с космосом. Метеорное вещество, магнитные поля, межпланетная пыль, заряженные частицы космического и солнечного происхождения становятся участниками физико-химических реакций, в результате которых появляются полярные сияния, метеорные явления, свечения атмосферы, изменения длительности и оттенка сумерек. Роль этих явлений в формировании серебристых облаков пока не изучена.

На данный момент серебристые облака являются единственным из естественных источников сведений о волновых движений в менопаузе, о ветре на значительной высоте и прочих явлениях. Поэтому исследование серебристых облаков проводится такими методами, как лазерное и ракетное зондирование, радиолокация метеорных следов. Продолжительное время и широкая площадь развития данных облачных полей позволяет напрямую рассчитывать параметры атмосферных волн любого типа, а также их временную эволюцию.

География диктует свои условия наблюдения серебристых облаков. Как правило, их изучением занимаются астрономы России, Северной Европы, Канады. Отечественные ученые внесли огромный вклад в эту работу. При этом большая часть открытий в данной области принадлежит астрономам-любителям.

Открытие серебристых облаков

Первые упоминания о серебристых облаках можно увидеть в трудах европейских астрономов XVII века. Однако они весьма расплывчаты и неоднозначны. Официально серебристые облака были открыты в июне 1885 года, когда их наблюдало одновременно несколько десятков человек в различных уголках света. Первооткрывателями принято считать астронома Московского университета Витольда Карловича Цесарского, который обнаружил их 12 июня, и немецкого астронома Т. Бэкхауса, который наблюдал их четырьмя днями ранее. Затем Цесарский, заручившись поддержкой знаменитого пулковского астрофизика А. А. Белопольского, детально исследовал серебристые облака и впервые высчитал высоту их формирования (73-83 км). Полученные им данные были подтверждены спустя три года метеорологом из Германии Отто Иессе.

Цесарский был по-настоящему впечатлен таинственными светящимися облаками. Он описывает их так: «Они блистают на ночном небе, словно белые лучи и нежным голубым оттенком, отражающим одновременно золотистое и желтое свечение. Иногда их блеск настолько высок, что даже ночью вокруг становится светло. Здания освещаются мягким светом, становятся очевидными неясные детали. Бывает, что серебристые облака формируют пласты или ряды, которые внешне похожи на морскую отмель с волнистой рябью. Это по-настоящему волшебное явление, которое хочется наблюдать и исследовать постоянно. Иные серебряные линии настолько длинны и ослепительны, что перечеркивают весь небосклон в направлении, параллельном или перпендикулярном линии горизонта».

Наблюдение серебристых облаков

Не каждый знает, где, как и когда наблюдать серебристые облака, а также какой необходимо купить телескоп. Нужно понимать, что земной наблюдатель может исследовать серебристые облака только в глубокие сумерки, когда небо становится практически черным. Конечно, для исследования необходимо, чтобы на небосклоне отсутствовали тропосферные облака, которые формируются гораздо ниже. Помните, что сумеречное и заревое небо – это два разных понятия. Зори проходят в период ранних сумерек. В это время центральная часть солнечного диска заходит за горизонт на расстояние 0-6˚. При этом солнечные лучи проникают сквозь всю толщину нижних слоев атмосферы и освещают нижнюю окантовку тропосферных облаков. Во время зари наблюдается огромное количество ярких красок.

Во время второй половины гражданских сумерек, когда Солнце опускается за горизонт на глубину 3-6˚, в западной области небосклона еще можно увидеть красочный заревый свет, однако в остальных областях небо уже окрашивается в глубокий сине-зеленый или темно-синей цвет. Зону максимальной яркости небосклона именуют сумеречным сегментом.

Оптимальные условия для фиксации и исследования серебристых облаков складываются во время навигационных сумерек, когда Солнце опускается за горизонт на 6-12˚. В средних широтах в конце июня такой период наступает за 1,5-2 часа до полуночи. При этом земная тень перекрывает самые плотные нижние слои атмосферы, и свет проникает только в разреженные слои: от мезосферы до стратосферы. В мезосфере рассеянные солнечные лучи вызывают легкое сияние неба. На таком фоне свечение серебристых облаков становится максимально заметным даже для случайных наблюдателей. Некоторые астрономы называют цвет серебристых облаков бело-голубым. Другие определяют его как жемчужно-перламутровый с голубым отливом.

В сумеречное время оттенок серебристых облаков по-настоящему необычен. Иногда облака фосфоресцируют. А иногда на них можно увидеть движущиеся тени. Некоторые области облачного поля заметно высвечиваются на фоне остальных, а через пару минут более яркими становятся иные участки.

Хотя скорость ветра в стратосфере держится на отметке 100-350 м/с, максимальная высота стояния данных облаков делает их статичными в объективе фотокамеры или телескопа. Этим объясняется раннее появление качественных снимков серебристых облаков. Первые из них были сделаны еще в 1887 году астрономом Джесси. Некоторые исследовательские группы из различных уголков земного шара регулярно проводят исследования серебристых облаков в Южном и в Северном полушариях. Поскольку серебристые облака являются сложно прогнозируемым природным явлением, их наблюдение требует привлечения астрономов-любителей. Вне зависимости от своей основной профессии и сферы занятости, каждый любитель астрономии может сделать свой весомый вклад в познание этого примечательного явления. Даже самая простая камера позволяет сделать качественную и очень колоритную фотографию серебристых облаков. К примеру, фотоаппарат «Зенит», оборудованный штатным объективом «Гелиос-44», пленкой чувствительностью 100-200 единиц и диафрагмой 2,8 – 3,5, станет вашим верным помощником. Главное здесь – выдержка от 2-3 до 10-15 секунд. Также крайне важна надежная фиксация камеры, которая не должна дрожать во время экспозиции. В связи с этим важно использование качественного штатива. При его отсутствии можно крепко прижать камеру рукой к камню, дереву, оконному косяку. Во время спуска затвора необходимо использовать тросик.

Для того чтобы сделанные фотографии были не только красивы, но и полезны для научного изучения, нужно максимально точно фиксировать все условия съемки (характеристики фотоматериалов и аппаратуры, время и место проведения съемки). Кроме того, нужно применять поляризационные и светофильтры, зеркало для определения скорости движения контрастных деталей и прочие простейшие приспособления.

Визуально серебристые облака можно спутать с перистыми. Специально для описания их структуры создана специальная международная морфологическая классификация:

Тип I. Флер. Это самая ровная и простая форма, которая заполняет пространство между контрастными деталями. Как правило, отличается туманным строением и блеклым свечением белесого оттенка.

Тип II. Полосы. Они напоминают узкие струи облаков, которые уносятся вдаль воздушными потоками. Как правило, формируют небольшие группы по несколько полос, которые или идут параллельно друг другу или переплетаются в замысловатый рисунок. Разделяют две группы полос: размытые (II-a) и резко очерченные (II-b).

Тип III. Волны, которые делятся еще на три группы. Гребешки (III-a) – это участки, где резкие, узкие полосы располагаются на минимальном расстоянии и идут параллельно друг другу. Напоминают легкую рябь на поверхности воды. Гребни (III-b) отличаются более выраженными признаками волнового характера. Промежутки между гребнями в несколько десятков раз превышают расстояние между гребешками. Волнообразные изгибы (III-c) формируются из-за искажения поверхности облаков, которая занята иными формами.

Тип IV. Вихри, которые разделяются на три группы. Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1° до 0,5°, что не превышает лунного диска. Полосы скручиваются и изгибаются, флер и гребешки искажаются таким образом, что образуют кольца с темной центральной часть. Простые изгибы одной или нескольких полос в одинаковом направлении – это завихрения (IV-b). Мощные выбросы светящегося вещества в стороны от основного облака – это завихрения (IV-c), которые представляют собой редчайшее природное явление.

Оптимальная область наблюдения серебристых облаков в Северном полушарии охватывает широты 55-58˚, куда входят крупнейшие города России: Челябинск, Москва, Нижний Новгород, Ижевск, Новосибирск, Красноярск, Казань, Екатеринбург. И только несколько городов в Канаде и Северной Европе.

Свойства и природа серебристых облаков

Высоты, где формируются серебристые облака, составляют 73-95 км. Но иногда этот диапазон имеет склонность расширяться до 60-118 км или сужаться до 81-85 км. Чаще всего на облачном поле можно увидеть несколько весьма узких слоев. Главная причина свечения этого природного явления состоит в рассеивании ими солнечного света. Однако не исключена и роль эффекта люминесценции от солнечных ультрафиолетовых лучей.

Вы могли видеть на некоторых фото, что серебристые облака очень прозрачны. Как правило, облачное поле задерживает не более 0,001% света, проходящего сквозь него. Это позволило выяснить, что серебристые облака являются скоплениями мельчайших частиц размером от 0,1 до 0,7 мкм. Природа этих частиц до сих пор не установлена. Это могут быть частички вулканической пыли, кристаллы льда, кристаллы солей в ледяной оболочке, частички кометного или метеорного происхождения, космическая пыль.

Вероятнее всего, яркие серебристые облака, которые регулярно появлялись в небе с 1885 по 1892 годы, навели астрономов на мысль о мощнейшей катастрофе в космическом пространстве ил на земной поверхности. В конце концов, их появление было приурочено к извержению вулкана Кракатау в Индонезии, которое произошло 27 августа 1883 года. Это был мощнейший взрыв, энергия которого равна взрыву 20-ти водородных бомб. В этот момент в атмосферу выбросилось более 35 миллионов тонн вулканической пыли, которая поднялась в небо на высоту 30 км, сопровождаемая колоссальным объемом водяного пара. Как результат извержения Кракатау возникли всевозможные оптические аномалии: сокращение прозрачности атмосферы, светлые зори, кольцо Бишопа, поляризационные аномалии. Все эти явления наблюдались на протяжении 2 лет. Их интенсивность постепенно сходила на нет. Но серебристые облака сформировались только к окончанию данного срока.

Впервые вулканическое происхождение серебристых облаков предположил исследователь из Германии В. Кольрауш в 1887 году. По его мнению, это сконденсировавшиеся водяные пары, которые были выброшены в атмосферу во время извержения. Иессе в 1888-1890 годах доработал эту гипотезу. Он полагал, что это не водяной пар, а некий газ, который также был выброшен в момент извержения и закристаллизовался в момент замерзания. Кроме того, существовала гипотеза о том, что не последнюю роль в формировании серебристых облаков играет вулканическая пыль, которая выступает в роли центра кристаллизации паров воды.

Постепенно ученые накапливали сведения о природе, характере и особенностях серебристых облаков, которые противоречили теории вулканического происхождения. Каждое крупное извержение вулкана (Мон-Пеле, 1902; Катмаи, 1912; Кордильеры, 1932) тщательно анализировалось. Это позволило установить, что появление серебристых облаков лишь иногда сопровождает вулканическую деятельность. Скорее всего, это носит случайный характер. Сегодня вулканическая гипотеза осталась далеко в истории.

Постепенно была сформирована метеорная гипотеза, которая связывала появление серебристых облаков с падением метеоритов. Отправной точкой данной гипотезы стала Тунгусская катастрофа 30 июня 1908. Тогда несколько опытных метеорологов и астрономов (Д.О.Святский, Э.Эсклангон, Ф. Архенгольд, Ф. Буш, М. Вольф, В. Деннинг) наблюдали различные оптические аномалии, которые были видны в большинстве европейских стран, на европейской части России и в западносибирском регионе. В их силе были белые ночи и необычные светлые зори, серебристые облака.

В 1926 году падение Тунгусского метеорита и появление серебристых облаков были связаны друг с другом в теории Л.А. Куликова, исследователя места Тунгусской катастрофы, и а. Апостолова, известного метеоролога той эпохи. Они предложили четкий механизм формирования серебристых облаков от влияния метеоров, которые полностью разрушаются на высоте 80-10 км. С ними в мезосферу поступают продукты их возгонки, конденсирующиеся в частицы тонкой пыли. Она-то и формирует серебристые облака.

В 1930 году астроном из США Х. Шепли и в 1934 метеоролог из Великобритании Ф. Дж. Уиппл разработали гипотезу о том, что Тунгусский метеорит являлся ядром малой кометы и пыльным хвостом. Хвостовое вещество попало в атмосферу Земли и вызвало появление оптических аномалий, в числе которых и серебристые облака.

Метеорная гипотеза получила своё дальнейшее развитие в теориях многих астрономов, которые пытались объяснить морфологию, оптические, временное и широтное распределение серебристых облаков. Но метеорная гипотеза не позволило получить верные ответы на все актуальные вопросы. В то же время роль метеорных частиц в конденсации и формировании ледяных кристаллов (основы серебристых облаков) не подвергается сомнению.

По сути, ледяная или конденсационная теория развивалась с 1917 года. Но в течение долгих лет она не имела практических доказательств. В 1925 году геофизик из Германии А. Вегенер сделал расчеты, которые подтвердили предположение о том, что для конденсации водяного пара в кристаллы льда на высотах свыше 80 км требуется температура воздуха ниже 100˚С. Спустя 30 лет, эта гипотеза была доказана ракетными экспериментами.

В трудах И.А. Хвостикова и В.А. Бронштейна позднее 1950 года метеорно-конденсационная гипотеза получила свое развитие. Теперь метеорные частицы выступают в качестве ядер конденсации, необходимых для быстрого формирования капель и кристаллов пара. Основание гипотезы было разработано в процессе ракетных экспериментов. Они подразумевали сбор микроскопических частиц с ледяной оболочкой на высоте от 80 до 100 км. Когда ракеты запускались в область серебристых облаков, объем частиц такого типа в сотни раз превышал объем собранных частиц при отсутствии облаков.

Кроме классических теорий формирования серебристых облаков, в научном сообществе появлялись и иные, более необычные. К примеру, ученые пытались связать серебристые облака с полярными сияниями, солнечной активностью и прочими геофизическими явлениями.

Объекты наблюдения