Исследовательский проект «Серебристые облака»

Теоретический проект.

НОМИНАЦИЯ: АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА

Работу выполнила ученица 10 класса

МБОУ СОШ № 3 г.Донецка Ростовской области.

Абрамова Виктория Андреевна.

Руководитель: учитель физики

МБОУ СОШ № 3 г.Донецка Ростовской области.

Оглинда Валентина Петровна.

15.03.2014

Содержание. стр

1.Введение------------------------------------------------------------------------------3

2.Облака в атмосфере.----------------------------------------------------------3

а.Строение атмосферы Земли.

б.Механизм образование облаков и классификация облаков.

в. Распределение облаков в атмосфере.

3. Серебристые облака. -----------------------------------------------------------7

а. Открытие серебристых облаков

б. Классификация форм серебристых облаков.

в. Условия образования и яркость серебристых облаков.

г. Свойства серебристых облаков.

д. Гипотезы и научные теории о природе серебристых облаков.

4.Методы наблюдений серебристых облаков------------------------------13

5. Исследование серебристых облаков из космоса.----------------------15

6.Значение наблюдения и исследования серебристых облаков.---- 17

7.Серебристые облака - индикаторы катаклизмов.----------------------18

8. Наблюдения серебристых облаков в 2013 году.---------------------18

9. Выводы.----------------------------------------------------------------------------22

10.Источники информации.------------------------------------------------------22

1

Как-то вышло, что эти чудные создания

Из частиц невесомой прозрачной воды

Принимая различные форм очертанья,

Оставляют в душе восхищенья следы.

Может быть, облака - это Божьи ладони,

Охватив полукругом поверхность земли,

От огня той свечи злые ветры прогонят,

Что теплом согревает человечеству жизнь.

Цель исследования:

1.Исследование природы,свойств и структуры серебристых облаков.

2. Роль серебристых облаков как естественных индикаторов физических условий в верхней атмосфере.

Актуальность работы обусловлена следующими факторами:

- широкое освещение вопроса в научной литературе о важности исследования серебристых облаков, так как они являются своего рода индикатором сложных физико-химических и динамических процессов, протекающих в земной атмосфере на больших высотах (60-100 км),

- общий интерес со стороны ученых всего мира к теме исследования серебристых облаков ;

- наличие практической потребности результатов исследования серебристых облаков;

- Недостаточность исследования учеными причин происхождения серебристых облаков и связи их появлений с различнымигео, гелио и космофизическими явлениями.

2

1.Введение.

Я большой любитель астрономии и хочу как можно больше знать о нашей Вселенной, о космических телах и процессах, протекающих в космосе,оих влияния на планету Земля. Мы первые создали космические корабли, первые преодолели земное притяжение! Мы первые покорили космос! Мы первые вышли в открытый космос! Именно наши ракеты "Протон" выводят спутники любых стран на орбиты! Россия готовит космонавтов любых стран! Космонавтика - одно из немногих направлений науки, где мы ещё сохраняем лидирующие позиции в мире.Но еще много неразгаданных тайн хранит холодныйкосмос. И одной из таких тайн являются прекрасные серебристые облака. Меня очень заинтересовало это редкое атмосферное явление . Я решила систематизировать всю научную информацию об этих загадочных облаках, изредка сверкающих в небе, появляющихся в неожиданных местах и попытаться вникнуть в эту великую тайну, лежащую за порогом обычной жизни.

2. Облака в атмосфере.

Строение атмосферы Земли.

Чтобыразобраться в механизме образования облаковрассмотрим строениеатмосферы Земли.В земной атмосфере можно выделить несколько слоев, различающихся по температуре и плотности.

Тропосфера - самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах - 10-12 км, а над экватором - 16-18 км.Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.Погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосфера- слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч. В этом слое сосредоточен озон

3

(озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона - стратопауза.

Мезосфера- слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

Термосфера начинается на высоте 80 км Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера- слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов.

В ионосфере возникают полярные сияния - свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц - и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

Экзосфера- внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Механизм образование облаков.

Облака- это системы взвешенных в атмосфере облачных элементов (продуктов конденсации водяного пара), которые при укрупнении выпадают в виде осадков. Облака бывают самые разные. В хмурый дождливый день их плотные серые слои низко висят над Землёй, мешая пробиться солнечным лучам. Летом по голубому небу друг за другом бегут причудливые белые «барашки», а иногда высоко-высоко, где серебристой звёздочкой летит самолёт, можно увидеть белоснежные прозрачные «перышки» и «коготки».

Облака - скопление в атмосфере капелек воды, кристаллов льда, а чаще тех и других одновременно.

Несмотря на всё разнообразие форм и видов облаков, причина их формирования одна. Облако образуется, потому что воздух, нагретый у поверхности Земли, поднимается вверх и постепенно охлаждается. На определённой высоте из него начинают конденсироваться (от лат. condensatio - сгущение - прим. от geoglobus.ru) мельчайшие капельки воды, водяной пар переходит из газообразного состояния в жидкое. Это происходит оттого, что холодный воздух содержит меньше водяного пара, чем тёплый. Для начала процесса конденсации необходимо, чтобы в воздухе присутствовали ядра конденсации - мельчайшие твёрдые частицы (пыль, соли и другие вещества), к которым могут прилипнуть молекулы воды. Облака образуются в результате сложных физических процессов, происходящих в атмосфере, что и обуславливает их огромное многообразие. Большая часть облаков образуется в тропосфере, но изредка они встречаются и в более высоких атмосферных слоях.

4

Классификация облаков.

В соответствии с основными признаками облаков существуют следующие их классификации:

1.Морфологическая - по внешнему виду. Облака могут быть расположены в виде отдельных изолированных масс или сплошного покрова, их строение может быть различным (волокнистым, однородным и т.д.), нижняя поверхность - ровной, расчленённой или изорванной. Облака могут быть плотными или тонкими, просвечивать небо, звёзды, Солнце или Луну. Все вышеперечисленные признаки характеризуют форму или внешнее строение облаков.

2.Генетическая- по происхождению (характеру образования).

3.Микрофизическая- по микрофизическому строению (агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, их распределению внутри облака).

Распределение облаков в атмосфере.

Формы облаков в тропосфере очень разнообразны. Облака тропосферы условно разделяют на три яруса: нижний - до 2 км, средний - от 2 до 8 км и верхний ярус - от 8 до 18 км, к отдельной группе относятся облака вертикального развития

К облакам верхнего яруса относятся:

Перистые Перисто-слоистые Перисто-кучевые

К облакам среднего яруса относятся:

Высоко-слоистые Высоко-кучевые

К облакам нижнего яруса относятся:

Слоистые Слоисто-кучевые Слоисто-дождевые

5

К облакам вертикального развития относятся:

Кучевые Кучево-дождевые

Образование, развитие и разрушение вышеперечисленных форм облаков происходит в тропосфере. В природе существуют другие виды облаков, образующиеся на ещё больших высотах.К таким облакам относятся:

Сверхперистые - образуются в нижней стратосфере или вблизи субтропической тропопаузы на высоте 14-16 км. Наблюдаются редко, видны только в сумерки после захода или перед восходом солнца, когда нижележащий слой атмосферы погружён в земную тень, а слой облаков освещён прямыми лучами.

Перламутровые-образуются в стратосфере на высоте 22-30 км. В сумерки кажутся светящимися на тёмном небе. Имеют вид больших, но очень лёгкихвысоко-кучевых чечевицеобразных облаков в волнах длиной 45-70 км.

Перламутровые облака наблюдаются редко, преимущественно в горных странах зимой в полярных широтах.

3.Серебристые облака.

Над частью небесного экрана, самой природой отведенной для демонстрации полярных сияний, располагается зона, где господствуют серебристые облака.

Серебристые облака - «дети» Солнца,ихназывают полярными мезосфернымиоблаками. Это самые высокие облака в атмосфере Земли; 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; днем они не видны. Напоминают перистые или перисто-слоистые облака очень тонкой и нежной структуры. Имеют большую яркость, но вместе с тем абсолютно прозрачны. Звёзды просвечиваются сквозь них, не теряя яркости.

6

Для серебристых облаков характерен шелковистый отлив и голубовато-белый (серебристый) цвет иногда можно наблюдать и красные и золотистые оттенки. Серебристые облака делают видимыми движения воздуха в слое, где образуются. Скорость их перемещения оценивается в 100 м/с (360 км/ч).

Открытие серебристых облаков.

Перенесемся в эпоху событий почти вековой давности. 15 июня 1885 года. Темная ночь, Москва погрузилась в глубокий сон. Но в астрономической обсерватории ночь - самое оживленное рабочее время. Объективы телескопов нацелены в небо. Ведутся наблюдения за далекими мирами. Но почему так волнуется один из наблюдателей за небесными светилами - профессор В.К. Церасский? - Поразительно и очень даже странно! Что это значит, откуда эти волны? И на такой огромной высоте! - взволнованно восклицает профессор и снова приникает к окуляру. Привлеченные его возгласами, подходят другие астрономы, смотрят и тоже удивляются. Да, сомнений не было. Перед их глазами в глубине воздушного океана проплывали странные, невиданные жемчужно-серебристые и очень прозрачные облака.

Ночные светящиеся облака произвели на Цераского большое впечатление: «Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялось и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями. Это настолько блестящее явление, что совершенно невозможно составить себе о нем представление без рисунков и подробного описания. Некоторые длинные, ослепительно серебристые полосы, перекрещивающиеся или параллельные горизонту, изменяются довольно медленно и столь резки, что их можно удерживать в поле зрения телескопа».

7

Профессор видел так называемые серебристые облака. В последующие дни Цераский вместе с известным пулковским астрофизиком А.А.Белопольским, работавшем тогда в Московской обсерватории, подробно изучил серебристые облака и впервые определил их высоту, получив значения от 73 до 83 км..Десятью днями позже серебристые облака заметили эстонский астроном Э.Гартвиг, немецкий метеоролог О.Иессеи другие Сейчас их изучают во многих странах мира - США, Англии, Японии, Швеции. В России наблюдения ведутся более чем в 200 пунктах.

Возможно, и А. С. Пушкин также видел их. В стихотворении «Воспоминания в Царском Селе» он писал:

Чуть слышится ручей, бегущий в сень дубравы,

Чуть дышит ветерок, уснувший на листах,

И тихая луна, как лебедь величавый,

Плывет в сребристых облаках.

Классификация форм серебристых облаков.

Для описания структурных форм серебристых облаков при их визуальном наблюдении в 1955 году замечательный исследователь серебристых облаков из Каширы Н.И. Гришин предложил морфологическую классификацию форм серебристых облаков, которая затем стала международной.

В ней выделялись 4 типа облаков:

I - флер, наиболее простая, ровная форма, заполняющая пространство между более сложными, контрастными деталями и имеющая туманное строение и слабое нежно-белое с голубоватым оттенком свечение.

2 - полосы, напоминающие узкие струйки, как будто бы увлекаемые потоками воздуха. Часто располагаются группами по несколько штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы - размытые и резко очерченные.

8

3 - волны подразделяют на три группы. Гребешки- участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. Гребни имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10-20 раз больше, чем у гребешков.

4 - вихри также подразделяют на три группы. Завихрения с малым радиусом от 0,1° до 0,5°, т.е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью скручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер.

Условия образования и яркость серебристых облаков.

Для образования серебристых облаков необходимы три фактора.

1.Низкая температура. При очень низком давлении, которое наблюдается в мезосфере, дед может образоваться лишь при температуре ниже -123°С. Такая низкая температура наблюдается лишь в течение нескольких недель, близких к летнему солнцестоянию. Такое удивительное, на первый взгляд, сочетание является результатом, в том числе, и глобальной циркуляции в средней атмосфере. Самая низкая температура (-160°С ) отмечается на несколько километров выше, и считается, что ледяные кристаллы первоначально образуются там.

2.Водяной пар. До сих пор точно не известен источник водяного пара. Мезосфера особенно суха, но небольшие количества водяного пара могут поступать через разрывы в тропопаузе и посредством атмосферных гравитационных волн. Другим потенциальным источником предлагается считать метан, который, взаимодействия с радикалом OH, образует воду. В последние время дополнительными источниками воды могли стать ракетные выбросы.

3.Ядра конденсации. Их источник тоже проблематичен. Высказывалась гипотеза об их метеоритном происхождении. По другой теории источником может быть вулканическая пыль, тем более, что впервые серебристые облака наблюдались после извержения вулкана Кракатау в 1883 году.

Яркость серебристых облаков оценивается по 5-балльной шкале:

1 - очень слабые серебристые облака, едва заметные на фоне сумеречного сегмента, обнаруживаются только при очень внимательном осмотре неба,

2 -облака замечаются легко, но их яркость весьма мала,

9

3 - облака хорошо заметны и резко выделяются на фоне сумерек,

4 - яркие облака, привлекающие к себе внимание,

5 - исключительно яркие серебристые облака.

Свойства серебристых облаков.

Диапазон высот, на которых образуются серебристые облака вообще весьма стабилен (73-95 км), но в некоторые годы он сужается до 81-85 км, а иногда расширяется до 60-118 км. Часто облачное поле состоит из нескольких, довольно узких по высоте слоев. Основной причиной свечения облаков служит рассеяние ими солнечного света, но не исключено, что некоторую роль играет и эффект люминесценции под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.

Прозрачность серебристых облаков чрезвычайно высока: обычное облачное поле задерживает всего около 0,001% проходящего сквозь него света. Именно характер рассеяния солнечного света серебристыми облаками позволил установить, что они представляют собой скопления частиц размером 0,1-0,7 мкм. О природе этих частиц высказывались самые разные гипотезы: предполагалось, что это могут быть ледяные кристаллы, мелкие частицы вулканической пыли, кристаллы поваренной соли в ледяной "шубе", космическая пыль, частицы метеорного или кометного происхождения.

Гипотезы и научные теории о природе серебристых облаков.

К числу главных вопросов, связанных с изучением серебристых облаков, относятся такие: из чего эти облака состоят, какие факторы способствуют их образованию, какова взаимосвязь между серебристыми облаками и другими явлениями природыпочему серебристые облака возникают именно в мезосфере и почему, наконец, в разные годы частота появления серебристых облаков существенно неодинакова.Существуют самые разнообразные гипотезы о природе серебристых облаков.

1.Вулканическая гипотеза. Первым ее высказалнемецкий исследовательВ.Кольрауш в 1887г. Примерно за два года до открытия серебристых облаков произошла грандиозная вулканическая катастрофа - извержение вулкана на острове Кракатау в Тихом океане. Сильнейший взрыв обрушил в море часть острова, в воздух на большую высоту было выброшено около 35 млн. тонн вулканической пыли. Серебристые облака образуются в результате попадания в верхние слои земной атмосферы огромных масс вулканической пыли, выброшенной во время извержений, или конденсации водяных паров, которые в больших количествах содержатся в продуктах вулканической деятельности.Однако против вулканической гипотезы есть весьма сильный аргумент: яркие серебристые облака неоднократно появлялись и в те периоды, когда на Земле вообще не происходило вулканических извержений. Постепенное накопление наблюдательных данных давало факты, говорившие явно не в пользу вулканической гипотезы. Анализ световых аномалий после крупнейших вулканических извержений (Мон-Пеле, 1902; Катмаи, 1912; Кордильеры, 1932) показал, что лишь в редких случаях они сопровождались появлением серебристых облаков; скорее всего это были случайные совпадения. В настоящее время вулканическая гипотеза, котораяв начале 20 в. считалась общепринятой имеет лишь историческое значение.

10

2.Метеорная гипотеза. Эта гипотеза связана с грандиозным природным явлением - Тунгусской катастрофой 30 июня 1908. С точки зрения наблюдателей, среди которых были весьма опытные астрономы и метеорологи (В.Деннинг, Ф.Буш, Э.Эсклангон, М.Вольф, Ф.Архенгольд, Д.О.Святский и др.), это явление проявило себя главным образом различными оптическими аномалиями, наблюдавшимися во многих европейских государствах, в европейской части России и Западной Сибири, вплоть до Красноярска. Наряду со светлыми зорями и «белыми ночами», наступившими там, где их обычно даже в конце июня не бывает, многими наблюдателями было отмечено появление серебристых облаков.. Леонид Алексеевич Кулик подробно развил свою гипотезу, предложив вполне определенный механизм образования серебристых облаков. Он считал, что не только крупные метеориты, но и обычные метеоры, полностью разрушающиеся как раз на высотах 80-100 км, поставляют в мезосферу продукты своей возгонки, которые конденсируются затем в частицы тончайшей пыли, формирующей облака.Метеорная гипотеза долго пользовалась популярностью, но не могла ответить на целый ряд вопросов:

Почему они появляются в узком интервале высот со средним значением 82-83 километра?

Почему они наблюдаются только летом и только в средних широтах?

Почему они имеют характерную тонкую структуру, очень похожую на структуру перистых облаков?

С 1960 ее развитие практически прекратилось. Но роль метеорных частиц как ядер конденсации и роста кристаллов льда, составляющих серебристые облака, до сих пор остается бесспорной.

3.Конденсационная (или ледяная).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. В 1958 году В. А. Бронштэн объяснил причину сезонного появления этих облаков и причину их появления на определенных широтах, а несколько В настоящее время не до конца ясна природа появления на такой высоте в достаточном количестве водяного пара, необходимого для образования серебристых облаков.Для того, чтобы проверить "ледяную" гипотезу происхождения серебристых облаков, в 1961 году ракета "Сатурн" выбросила в атмосферу 86 тонн воды на высоте, которая характерна для существования серебристых облаков. Но ничего подобного серебристому облаку не получилось. Это было основательным доводом против ледяного происхождения и строения серебристых облаков

4.Одна из последних гипотез связывает серебристые облака с возникновением озоновых дыр в стратосфере. Область формирования этих облаков изучается все активнее в связи с космическим и стратосферным транспортом: с одной стороны, запуски мощных ракет с водородо-кислородными двигателями служат важным источником водяного пара в мезосфере и стимулируют формирование облаков, а с другой - появление в этой области облаков создает проблемы при возвращении космических аппаратов на Землю.

5.Гипотеза «солнечного дождя» высказанная норвежским исследователем Л. Вегардом в 1933 году и теоретически обоснованной в 1961 году французом К. де Турвилем. Водяной пар на этих высотах образуется при взаимодействии атомов водорода[10], летящих к Земле от Солнца, с атомами кислорода верхних слоёв земной атмосферы. Однако эта гипотеза не полностью объясняет повышенную влажность в мезопаузе, необходимую для образования серебристых облаков.

11

6.Гипотезы попадания водяного пара в верхнюю мезосферу ,высказываемая профессором Университета штата Айова Л. Франком, российским исследователем В. Н. Лебединцем и некоторыми другими, согласно которой водяным паром в достаточном для образования серебристых облаков количестве снабжают область мезопаузы мини-кометы.

7.Гипотеза оптического эффекта .В 1978 году было высказано предположение, что серебристые облака представляют собой оптический эффект, по природе подобный миражам.

8.Гипотезе космического происхождения ядер конденсации сейчас отдается предпочтение. В самом деле, разрушение метеорных тел, проникающих в земную атмосферу и наблюдаемых в виде метеоров, происходит в основном как раз над мезопаузой, на высотах 120-80 км. Исследования показывают, что ежесуточно на Землю «падает» до 100 тонн вещества, при чем, количества частиц с массой 10 грамма, пригодных в качестве ядер конденсации, вполне достаточно, чтобы обеспечить образование серебристых облаков. Делаются попытки найти связь между появлением серебристых облаков и интенсивностью метеорных потоков.

9.Метеорно-ледяная гипотеза.Последняя на сегодняшний день «компромиссная» метеорно-ледяная гипотеза: серебристые облака состоят из ледяных кристалликов, образовавшихся в результате сложных процессов, происходящих под влиянием Земли и космоса. Весьма интересные новые данные были получены в результате зондирования верхней атмосферы высотными ракетами. С помощью специально сконструированных ловушек были собраны и доставлены на землю частицы вещества из того слоя атмосферы, где возникают серебристые облака. И было обнаружено, что многие из этих частиц обладают своеобразной ледовой оболочкой. Причем приборы регистрировали большее число частиц в тех случаях, когда запуски производились в типичное для появления серебристых облаков время. Не исключено, что твердые частицы, тем или иным путем попадающие в верхнюю атмосферу, служат ядрами, на которых конденсируется водяной пар.Откуда берется вода для образования льдинок? Попадает ли она сюда из нижних слоев атмосферы или поступает из космоса?

Уже на высоте 30-35 километров от поверхности Земли атмосфера настолько суха, что в ней почти не бывает водяных паров. Значит, на высоту 80-90 километров вряд ли может снизу поступить количество воды, необходимое для образования ледяных частичек, формирующих серебристые облака. В таком случае, утверждают сторонники «компромиссной» гипотезы, вода имеетполуземноепроисхождение. Она образуется в процессе химического соединения кислорода земной атмосферы с «солнечным водородом» - протонами, доставляемыми потоками солнечного происхождения. Но все это лишь догадка.

Результаты исследований наводят на мысль, что природа облаков не везде одна и та же. В районах высоких и средних широт это настоящие конденсационные серебристые облака, а в низких широтах они обусловлены преимущественно вулканической и космической пылью. Не исключаются антропогенные серебристые и перламутровые облака, возникающие в результате ядерных взрывов, работы реактивных двигателей. Необходимо создание надежной теории серебристых облаков, дающей возможность прогнозировать и даже управлять этим явлением природы. Но до сих пор многие факты в этой области неполны и противоречивы.Несмотря на наличие ультрасовременной техники и светлых учёных голов, большинство фактов, касающихся серебристых облаков, всё ещё противоречивы и недостаточны, чтобы разгадать их происхождение Из всего сказанного можно сделать вывод, что природа серебристых облаков очень сложная. И ученым предстоит немало еще потрудиться, чтобы раскрыть их тайны.

12

4.Методы наблюдений серебристых облаков.

Наблюдения серебристых облаков различны, их организация, методика и проведение зависят от поставленных задач. Ограничен диапазон наблюдений широтами от 50 до 65 градусов. Но известны редкие случаи их наблюдения на более низких широтах - до 45 градусов. Можно выделить следующие методы наблюдений серебристых облаков:

1. Синоптические наблюдения - это систематические наблюдения сумеречного сегмента с целью установления факта наличия или отсутствия серебристых облаков, а в случае их видимости - регистрация некоторых характерных признаков.

2. Исследование структуры. Может производиться путем визуальных наблюдений, фотографирования или замедленной киносъемки. Если светосила объектива 1:2 и чувствительность пленки 130-180 единиц по ГОСТу, то хорошие снимки можно получить при экспозиции I-2 с. На снимке должны быть видны основная часть поля облаков и силуэты строений или деревьев.

3. Изучение движений серебристых облаков. Производится путем их последовательного фотографирования или замедленной киносъемки. По фотографиям после соответствующей обработки можно определить направление и скорость движения серебристых облаков в атмосфере Земли и тем самым получить характеристики ветров в мезопаузе. Здесь может понадобиться теодолит.

4. Фотографировать серебристые облака можно любым фотоаппаратом, но лучше использовать зеркальные аппараты типа "Зенит". Пленку берут высокой чувствительности. При съемке объектив открывают полностью, отметчик выдержек ставят на букву В, поскольку длительность выдержки должна быть (в зависимости от яркости облаков) 10-13 секунд. Чтобы не смазать изображение, аппарат надо прочно закрепить на устойчивой деревянной или металлической доске. В поле зрения должна быть северная часть небосвода - горизонт и земные предметы. Экспозицию надо делать тросиком, чтобы нечаянно не сдвинуть аппарат. Съемку производят каждые 15 минут, не меняя ориентировку аппарата.

5. Фотометрия и поляриметрия. Производится по фотографиям.

Наблюдать серебристые облака можно с марта по октябрь в северном полушарии и с ноября по апрель в южном полушарии. Но наиболее часто в северном полушарии их наблюдают с конца мая до середины августа (с пиком максимума в июне-июле), в южном полушарии в зимние месяцы. С поверхности Земли серебристые облака могут наблюдаться только в период глубоких сумерек, на фоне почти черного неба и, разумеется, при отсутствии более низких, тропосферных облаков. Наиболее благоприятные условия для обнаружения серебристых облаков создаются в период навигационных сумерек, при погружении Солнца под горизонт на 6-12° (в конце июня в средних широтах это бывает часа за 1,5-2 по истинной полночи). Рассеянный в мезосфере солнечный свет образует слабое сияние сумеречного неба; на этом фоне легко обнаруживается свечение серебристых облаков, которые привлекают к себе внимание даже случайных свидетелей. Зона максимальной частоты наблюдения серебристых облаков в Северном полушарии проходит по широте 55-58°. В эту полосу попадают многие крупные города России: Москва, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Красноярск, Нижний Новгород, Новосибирск, Челябинск и др., и лишь несколько городов Северной Европы и Канады. Наблюдения серебристых облаков различны, их организация, методика и проведение зависят от поставленных задач.

13

Как самостоятельно наблюдать серебристые облака?

Во-первых, найти площадку, с которой хорошо просматривается северо-западный, северный и северо-восточный сектор неба. Даже если горизонт немного затянут тучами, сквозь просветы в них легко замечаются серебристые облака (не забываем, что это сверхвысотные образования и они располагаются намного выше обыкновенных облаков).

Во-вторых, начинать наблюдения нужно с 0 часов и до 4 часов ночи (июнь-июль), в этом интервале местного времени Солнце имеет нужную глубину погружения в горизонт и создаются условия для появления серебристых облаков (NLC). Облака появляются не каждую ночь. Лучше всего они заметны около 2 часов после полуночи местного времени.

В-третьих, научиться не путать серебристые облака с перистыми. Хотя, один раз увидев серебристые облака, вы уже никогда не спутаете их с обычными облаками.

Практические советы:

1. В вечерние часы серебристые облака не появляются, пока Солнце не опустится под горизонт на -4 градуса. Серебристые облака не наблюдаются при погружении Солнца более -16 градусов. Т.е. практически серебристые облака видны только в навигационных сумерках.

2. Серебристые облака всегда бывают светлее неба, даже когда видны на яркой части заревого сегмента. Тропосферные облака, даже если они подсвечены Луной или искусственными источниками света, в яркой части сегмента будут темными.

3. Наиболее развитыми формами серебристых облаков являются гребешки, гребни, струи, вихревые выбросы. Наблюдение этих структур даже в разрывах тропосферной облачности, не вызывают сомнения в появлении.

4. Характерным движением серебристых облаков является их перемещение с северо-востока на юго-запад, реже с севера на юг.

5. При появлении форм схожих с серебристыми облаками, но вызывающих сомнения, следует внимательно осмотреть небо. Если подобные формы замечены вдали от сумеречного сегмента, можно утверждать, что серебристых облаков нет.

6. Серебристые облака имеют голубовато-белый, а вблизи горизонта желтоватый или золотистый цвет, на границе заревого сегмента иногда кажутся фосфоресцирующими.

14

7. Серебристые облака с переходом к светлой фазе сумерек, а затем при восходе Солнца исчезают, в то время как простые, перистые и высококучевые облака становятся более заметными. Поэтому при утренних наблюдениях сомнения можно разрешить, продолжая наблюдения до восхода Солнца. Если облака не исчезли, то они не серебристые.

5.Исследование серебристых облаков из космоса.

Столь стремительное наступление облаков заставляет исследователей активизировать свои усилия в поисках разгадки непонятной «серебристой тайны». Для изучения этого феномена NASA запустило в апреле 2007 года в космос спутник AIM (AeronomyofIceintheMesosphere- Аэрономия льда в мезосфере; аэрономия - это наука, занимающаяся изучением верхних слоев атмосферы), который ведёт наблюдения за размерами, формой и льдом, образующим серебристые облака. Более близкое «знакомство» с этим явлением выявило массу «сюрпризов». Так, камеры AIM показали, что часто форма серебристых облаков повторяет обычные облака, образующиеся в самых нижних слоях атмосферы - тропосфере. Специалисты сочли подобное сходство «пугающим», поскольку это может свидетельствовать о том, что погода в самых верхних слоях атмосферы не отличается от нижних, как это обычно считается. «Оказалось, что в формировании серебристых облаков важную роль играютметеороиды. Частички разрушившихся метеоров служат ядрами, вокруг которых может собираться и кристаллизоваться вода», - поясняет руководитель миссии AIM старшего исследователя НАСА профессор Джеймса Рассела. Спутник НАСА AIM, помогающий ученым изучать мезосферу, заснял формирование серебристых облаков над Антарктидой. Этот процесс начался 20 ноября, но в скором времени крошечные клубы облаков цвета электрик увеличились в размерах и накрыли почти весь континент.

Космический аппарат NASA для изучения полярных мезосферных облаков.

15

Спутниковый снимок серебристых облаков, 26 декабря 2013 года.

Данные, полученные НАСА благодаря космическому аппарату AIM, показывают, что серебристые облака подобны большой «геофизической лампочке». Они включаются каждый год в конце весны в Южном и Северном полушарии обычно в широтах между 43° и 60° и буквально за 5 - 10 дней достигают наибольшей плотности. "То, что сейчас происходит, является для нас большой неожиданностью", - говорит Д.Рассел.

"Когда мы запустили спутник AIM, нашей целью были сами серебристые облака, но сейчас серебристые облака показывают, что есть некие процессы между различными слоями атмосферы, взаимодействующие на очень больших расстояниях. Дальнейшие исследования серебристых облаков приведут нас к большему пониманию о том, как же работает наша атмосфера", - заключает Д. Рассел.

У нас в стране, наблюдения серебристых облаков в течение длительного времени успешно проводились с бортов орбитальных космических станций "САЛЮТ" и "МИР".

Серебристые облака в Петропавловске с 26 на 27 июля 1998-г.

16

Снимок серебристых облаков из космоса с борта МКС, сделанный космонавтом ФедоромЮрчихином.

6.Значение наблюдения и исследования серебристых облаков.

Наблюдениям и исследованиям серебристых облаков сегодня придается большое значение. Ведь с их помощью можно получить ценную информацию о движении и составе самых высоких и разреженных слоев воздуха, а также о других физических характеристиках земной атмосферы. Иными словами, серебристые облака в данном случае играют роль естественных индикаторов физических условий в верхней атмосфере.

За серебристыми облаками ведутся регулярные наблюдения как с Земли, так и из космоса. Их наблюдали космонавты В. Ляхов и В. Рюмин на орбитальном комплексе «Салют-6 - Союз-32» и другие космонавты. Было установлено, что слабая дымка серебристых облаков образуется не только над средними широтами, но и в экваториальном поясе.

Наблюдения за атмосферными явлениями на планетах Марс и Венера показали, что там также образуются необычайно разреженные синие облака, очень похожие по своим особенностям на земные серебристые. Это наводит на мысль о существовании общего космического источника явления серебристых облаков на разных планетах Солнечной системы. Им, как упоминалось выше, являются ледяные кометные ядра, которые поддаются постепенному разрушению в межпланетном пространстве и поставляют в верхние слои планетных атмосфер ледяные частички, совокупность которых и создает серебристые облака планетных атмосфер. Исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания циркуляции земной атмосферы, а также многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. Возможно, что погода на Земле зависит не только от условий в тропосфере, но и от состояния более высоких слоев атмосферы. Для геофизиков и астрономов серебристые облака представляют большой интерес. Ведь эти облака рождаются в области температурного минимума, где атмосфера охлаждена до -70° С, а иногда и до -100° С. Высоты от 50 до 150 км исследованы слабо, поскольку самолеты и аэростаты туда не могут подняться, а искусственные спутники Земли не способны надолго туда опуститься. Поэтому до сих пор ученые спорят как об условиях на этих высотах, так и о природе самих серебристых облаков, которые, в отличие от низких тропосферных облаков, находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством.

17

7.Серебристые облака - индикаторы катаклизмов.

Одной из загадок наших небес можно назвать серебристые облака, происхождение которых пока не ясно. Одна из версий - это предзнаменование для человечества

Некоторые из учёных утверждают, что прекрасные серебристые облака на самом деле есть грозное предзнаменование грядущей экологической катастрофы, они являются симптомом изменяющегося климата. Время их появления совпало с промышленной революцией, и чем дальше продвигается человечество по пути прогресса, тем больше серебристых облаков появляется в небе.

«Ясно, что эти облака изменяются, и это является признаком того, что изменяется часть атмосферы, но мы не понимаем - как, почему и что это означает», - сказал Джеймс Рассел, ведущий специалист физики атмосферы из Хэмптонскогоуниверситета штата Вирджиния в США. По его словам, нынешние наблюдения позволяют почувствовать связь с глобальными изменениями в нижних слоях атмосферы, которые, возможно, служат первыми предупреждениями, что окружающая среда Земли претерпевает серьёзные изменения. Некоторые исследователи считают, что это связано с глобальными изменениями климата, вызывающими повышения концентрации метана, одного из парниковых газов. «Когда метан поднимается выше в атмосферу, он окисляется в ходе сложной серии реакций и образует водяной пар. Этот пар затем способен образовывать кристаллы, из которых состоят серебристые облака», - считает Рассел.

За последние 50 лет количество водяного пара в высоких слоях атмосферы значительно увеличилось, и связывает это с ростом концентрации метана, который, вступая в реакцию с кислородом, образует молекулы воды.

Учёные из Калифорнийского технологического университета считают, что одной из причин появления серебристых облаков является глобальное потепление.Ученые, которые считают, что серебристые облака в условиях глобального потепления - относительное благо, и если они и дальше продолжат своё распространение и охватят широкие области Земли, то тогда их серебристый полупрозрачный «зонтик» сократит количество солнечных лучей, достигающих поверхности Земли. Это, несомненно, уменьшит эффект глобального потепления.

8.Наблюдения серебристых облаков в 2013 году.

В 2013 году серебристые облака засияли над половиной мира на очень далеком от обычных мест наблюдений расстоянии. Возможно , сильные ветры в южной части стратосферы изменяют глобальную циркуляцию и больше водяных паров скапливаются в верхних слоях атмосферы. В этом году сезон наблюдения серебристых облаков начался раньше обычного. Возможно, это вообще самые ранние облака из когда-либо наблюдавшихся.В 20-х числах июня серебристые облака появятся над всей территорией России .Наблюдатели сообщали о странных волнообразных структурах в небе из Карелии, Ленинградской области, Саратовской области, Татарстана, Пермского края, Челябинска и Красноярска, над Уралом и Сибирью

18

Необычное небо на Алтае могут быть предвестником катаклизмов 29 Июня 2013 19:12

Необычное свечение в челябинском небе 17.06.2013, 10:57

В связи с падением Челябинского метеорита - аномальное появление серебристых облаков среди зимы наблюдали с конца февраля до начала марта.

Серебристые облака. Фото: Крис Хадфилд24.01.2013 .12:09

Канадский астронавт Крис Хадфилд сфотографировал уникальное явление - серебристые облака. На фотографии выше Солнце находится за горизонтом, но облака по - прежнему освещены Солнцем, и мы можем увидеть их тонкие структуры. А на нижней части изображения вашему вниманию бледно-оранжевые цвета стратосферы.

19

Серебристые облака в небе над эстонским национальным парком Соомаа. июнь 2013

Над Москвой появились серебристые облака 21 июня 2013

Такое ранее появление серебристых облаков может быть связано с перестройкой атмосферных слоев в планетарном масштабе.

Текущий год представляет собой год солнечного максимума. Точно известно, что такие облака являются индикатором катаклизмов во время активного Солнца, хромосферных вспышек, появления ярких комет, падения крупных метеоритов.Эти изменения в появлении облаков служат напоминанием о тесно переплетённой природе земной атмосферы. Охлаждение стратосферы - последствие повышения уровня парниковых газов - может изменять циркуляцию воздуха по всей планете, но как именно это происходит - пока остаётся полнейшей загадкой.

20

Небо, которое я увидела после захода Солнца, поразило меня необыкновенной красотой. Может это и есть таинственные серебристые облака? Почти столетие прошло со времени обнаружения серебристых облаков, а причины их происхождения пока не выяснены. А разгадать их тайну возможно сможем мы, будущие ученые -астрономы.

Фото сделано 04.02.2014г. г.Донецк Р.О. 2014г 19ч.00.

Фото сделано 03.02.2014г. г.Донецк Р.О. 2014г 19ч.30.

21

9.Выводы. Во-первых: считаю ,что исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. Возможно, что погода на Земле зависит не только от условий в тропосфере, но и от состояния более высоких слоев атмосферы. Во-вторых:серебристые облака в силу своего граничного по отношению к атмосфере и космосу положения и наличия в них чётко различимой тонкой структуры являются удобным средством зондирования динамики процессов в самых верхних слоях атмосферы Земли. В-третьих:изучение серебристых облаков важно и с точки зрения чисто земных проблем. Перемещаясь вместе с воздушными потоками, эти облака позволяют определить, куда и с какой скоростью дует на их уровне ветер. А так как процессы, происходящие в высоких и низких слоях атмосферы, тесно связаны, то «поведение» серебристых облаков очень важно знать для более точного прогнозирования погоды. Для этого не надо никаких сложных приборов и приспособлений. Требуется хорошее зрение, глазомер, а из приборов - обычный любительский фотоаппарат и бинокль. В-четвертых:исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания циркуляции земной атмосферы, а также многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. В-пятых:в настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о ветрах на больших высотах, о волновых движениях в мезопаузе, что существенно дополняет исследование ее динамики другими методами такими как: радиолокация метеорных следов, ракетное и лазерное зондирование. В шестых:не исключено, что результаты исследования серебристых облаков могут найти применение, как это нередко случается в науке, в самых неожиданных областях человеческой деятельности.

10.Источники информации.

Бронштэн В.А. Серебристые облака и их наблюдение. М.: Наука, 1984.

Бронштэн В.А., Гришин Н.И. Серебристые облака. М.: Наука, 1970.

Миннарт М. Свет и цвет в природе. М.: Наука, 1969.

В Интернете:

- Рабочая группа по серебристым облакам - lasp.colorado.edu/noctilucent_clouds/

-Страничка наблюдателя - personal.u-net.com/~kersland/nlc/nlchome.htm

- Инструкции по наблюдению - personal.u-net.com/~kersland/nlc/nlcobser.htm

Труды Московской обсерватории, II серия, том II, 1890 г. На франц. яз. Цит. по: ЦЕРАСКИЙ В. К. Избранные работы по астрономии. М.: Гостехиздат, 1953, с.81-84)

22