НЛО и современная наука

Высотное распределение концентрации аэрозольных частиц варьируется в очень широких пределах. В приземных слоях воздуха, например, она составляет примерно от 10^-3 см^-3 над морем до 30 000 см^-3 над крупными промышленными центрами. При удалении от поверхности Земли концентрация частиц быстро уменьшается и на высотах около 1 км падает до значений примерно 10^-3 — 10^-1 см^-3 в зависимости от характера подстилающей поверхности. На еще больших высотах аэрозольные частицы концентрируются в основном в определенных слоях. В стратосфере, например, наблюдается увеличение концентрации аэрозолей в слое с характерной высотой около 20 км — так называемом слое Юнге, плотность частиц в котором достигает величин 10^-1 — 1 см^-3. Этот слой может усиливаться при выбросах на большие высоты пылевой компоненты. Одно из последних таких событий произошло при извержении вулкана Эль-Чичон в Мексике в 1982 г., когда в стратосферу было выброшено примерно 20 Мт вещества. При этом запыленность атмосферы достигла такого уровня, что стало невозможно проводить тонкие астрономические наблюдения. Усиление этого слоя послужило также причиной наблюдения весьма интересных явлений, зарегистрированных космонавтами. На фотографии (см. вклейку), полученной на борту орбитальной станции «Салют-7» во время полета советско-французского экипажа в 1982 г., запечатлен заход Луны за горизонт и свечение стратосферного аэрозольного слоя. Удачное сочетание ослабления яркости Луны, свет которой проходит через всю. толщу атмосферы (Луна в горизонте), позволило зарегистрировать сразу и источник света, и свет, рассеянный в пылевом слое, хотя он, конечно, значительно слабее света источника — Луны.

Подавляющее большинство оптических атмосферных явлений связано с рассеянием света. Объектов, излучающих собственный свет, не так уж много — звезды, если говорить об астрономических объектах, грозовые разряды, полярные сияния и более слабые эмиссии верхних слоев атмосферы, следы метеоров — вот почти полный список таких природных явлений. Уместно отметить, что любой процесс распространения света в реальной среде в основном определяется эффектами рассеяния и поглощения. Вся наша способность ориентироваться в мире света, т. е. возможность видения мира, практически полностью основана на регистрации рассеянного или отраженного света.

Причиной рассеяния света является неоднородность среды распространения. Сюда относятся неоднородности плотности, связанные с тепловыми флуктуациями, или наличие частиц, отличающихся по своим свойствам от среднего фона, например по размерам. Строгое описание процессов рассеяния требует применения достаточно сложного математического аппарата и не может быть представлено в рамках этого популярного изложения. Однако в некоторых простых случаях, имеющих тем не менее широкое применение, законы, определяющие процессы рассеяния, достаточно просты и позволяют наглядно представить характерные особенности этих эффектов.

Так, интенсивность света, рассеянного ансамблем малых частиц[8], в зависимости от их размера, длины волны излучения и угла рассеяния представляется следующим образом:

I = I₀k Nv²/R²λ⁴ (1+cos² θ), (1)

где R — расстояние от наблюдателя до области рассеяния; v — объем рассеивающих частиц; N — их число в ансамбле; λ —длина волны света; I₀ — интенсивность падающего излучения; θ — угол рассеяния. В коэффициенте к собраны все численные множители и величины, характеризующие физические свойства рассеивающих частиц. Для воды, например, к ≈10.

Из этого довольно простого выражения следует несколько важных выводов. Во-первых, угловая зависимость интенсивности рассеянного света в этом приближении довольно слабая — интенсивность света, рассеянного в разных направлениях, например вперед и под углом 90°, отличается максимум в два раза. Несколько отвлекаясь, можно заметить, что в других случаях, при рассеянии на достаточно крупных частицах с размерами, сравнимыми или большими длины волны излучения, эта зависимость коренным образом меняется и интенсивность света, рассеянного вперед, т. е. при θ≈0°, может в десятки раз превышать интенсивность света, рассеянного по другим направлениям. На рис. 2 для сравнения приведены индикатрисы рассеяния, т. е. зависимости интенсивности рассеянного света от угла рассеяния, для трех случаев — рэлеевское рассеяние на малых частицах λ≫d. частицы средних размеров d=3λ и большие частицы d=30λ. Благодаря этому эффекту в атмосфере, содержащей достаточно большое количество пыли или влаги в виде мелких кристаллов льда или просто капелек воды — туман, наблюдается значительное увеличение яркости неба вблизи источников света (Солнца, Луны, ярких планет, фонарей и пр.) — ореол.