Серебристые облака и их наблюдение

В период МГГ были проведены инструментальные исследования оптических свойств серебристых облаков. Успешные фотометрические и поляриметрические наблюдения их провела экспедиция Ленинградского отделения ВАГО под руководством О. Б. Васильева. Определения поляризации света и индикатрисы рассеяния частиц облаков дали возможность оценить размеры этих частиц — доли микрометра. Начались систематические исследования серебристых облаков в Эстонском и Латвийском отделениях ВАГО с передачей их в дальнейшем специальным научным учреждениям — Институту астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР и Латвийскому университету. Эстонские астрофизики во главе с Ч. И. Виллманном также получили индикатрису рассеяния и изучили оптические свойства облаков. В Латвии М. А. Дирикис, Э. Э. Мукинс, Ю. Л. Францман разработали простые методы определения высот облаков по фотографиям, снятым из двух пунктов. Более точные, хотя и более трудные методы предложил М. И. Буров из Московского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии. Этими методами было сделано несколько сотен измерений высот серебристых облаков, показавших, что иногда они располагается в несколько «этажей» с интервалами в 3–5 км.

По всему Союзу начались регулярные синоптические наблюдения серебристых облаков. Их наблюдали в Эстонии, Латвии, Ленинграде, Бологом, Калинине, Ярославле, Москве, Рязани, Смоленске, Минске, Горьком, Куйбышеве, Свердловске, Новосибирске, Томске, Иркутске и других городах.

Систематические наблюдения серебристых облаков начались во многих странах мира. В США и Канаде была создана под руководством Б. Фогля специальная сеть станций. В Швеции исследования серебристых облаков (включая ракетные эксперименты) проводились под руководством Г. Витта, в ФРГ — под руководством В. Шредера и В. Фольца, в ГДР исследования серебристых облаков проводил Г. Дитце. Все эти исследования позволили узнать много нового о природе и свойствах серебристых облаков, а заодно — о динамике слоя мезопаузы, в котором они находятся. Об этих результатах будет рассказано в следующих параграфах.

§ 2. Строение верхних слоев атмосферы

Для понимания того, что мы будем рассказывать дальше о серебристых облаках, необходимо иметь хотя бы общие представления о строении земной атмосферы, а особенно ее верхних слоев.

Основным признаком, определяющим подразделение атмосферы на отдельные слои, является изменение ее температуры с высотой. Характер этого изменения во многом зависит от состава атмосферы.

Нижний слой атмосферы Земли (тропосфера) имеет следующий химический состав (по объему, в процентах): азот — 78,09, кислород — 20,95, аргон — 0,93, углекислый газ — 0,03. На долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км.

Но установить это удалось не сразу. Длительное время в науке господствовала теория диффузионного разделения газов, согласно которой самые легкие газы (водород и гелий) сосредоточены в верхних слоях атмосферы, а более тяжелые (азот, кислород и особенно аргон и углекислый газ) — в нижних слоях. Уже в 30-е годы XX в. удалось доказать, что благодаря интенсивному перемешиванию состав атмосферы до довольно больших высот остается постоянным и только потом начинается диффузионное разделение.

Кроме постоянных компонентов, перечисленных выше, атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар. Эти компоненты оказывают большое влияние на тепловой режим Земли и ее атмосферы.

Рассмотрим схему строения земной атмосферы (рис. 2).

Рис. 2.Схема строения земной атмосферы:

_{1 — тропосферные облака нижнего яруса, 2 — перистые облака, 3 — перламутровые облака, 4 — серебристые облака, 5 метеоры, 6 — болид, 7 — полярные сияния, 8 — метеорологическая ракета, 9 — геофизическая ракета.}

Известно, что в ее нижнем слое, именуемом тропосферой (от греческого тропэ — поворот), температура быстро падает с высотой: на 6÷7 градусов на километр высоты (зимой несколько меньше). Это происходит потому, что нижние (приземные) слои атмосферы получают тепло от земной поверхности, излучающей его в диапазоне инфракрасных лучей и передающей тепло также за счет конвекции и теплопроводности. В тропосфере образуются облака, осадки, дуют ветры, образуются самые различные метеорологические явления.

В зависимости от строения атомов и молекул различных газов они способны поглощать в той или иной степени излучение в различных диапазонах длин волн. Тар, молекула водяного пара (Н₂О) интенсивно поглощает инфракрасные лучи во всем диапазоне, за исключением «окна» на длинах волн 8÷13 мкм. Напротив, озон (трехатомный кислород, О₃) поглощает ультрафиолетовые лучи короче 0,36 мкм.