Серебристое облако - Noctilucent cloud

Серебристые облака
Helkivad ööpilved Kuresoo kohal.jpg
Серебристые облака над болотом Куресоо ,
Вильяндимаа , Эстония
Сокращенное название NLC / PMC
Высота От 76000 до 85000 м
(от 250 000 до 280 000 футов)
Классификация Другой
Облако осадков ? Нет

Серебристые облака или сияющие ночью облака - это тонкие облака, похожие на явления в верхних слоях атмосферы Земли . Они состоят из кристаллов льда и видны только в астрономических сумерках . Серебристый примерно означает «сияющая ночь» на латыни . Чаще всего их наблюдают в летние месяцы с широт от ± 50 ° до ± 70 °. Слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть при дневном свете , они видны только тогда, когда наблюдатель и нижние слои атмосферы находятся в тени Земли , но пока эти очень высокие облака все еще находятся в солнечном свете . Недавние исследования показывают, что увеличенные выбросы метана в атмосферу производят дополнительный водяной пар, когда молекулы метана достигают мезосферы, создавая или усиливая существующие серебристые облака.

Это самые высокие облака в атмосфере Земли, расположенные в мезосфере на высотах от 76 до 85 км (от 249 000 до 279 000 футов).

Общий

Серебристые облака над Уппсалой , Швеция
Серебристые облака над Варблой , Эстония
Серебристые облака над Лабё , Германия

Подтвержденных записей об их наблюдениях до 1885 года не существует, хотя, возможно, они наблюдались несколькими десятилетиями ранее Томасом Ромни Робинсоном в Арме . Сомнения в настоящее время окружают несезонные записи Робинсона, после наблюдений с нескольких точек вокруг высоких северных широт, в НЖК-подобные явлениям после Челябинской супер болида записи в феврале 2013 года (вне сезона НКА) , которые фактически были стратосфера отражения пыли видны после заката.

Формирование

Серебристые облака состоят из крошечных кристаллов водяного льда диаметром до 100  нм и существуют на высоте от 76 до 85 км (от 249 000 до 279 000 футов), что выше, чем у любых других облаков в атмосфере Земли. Облака в нижних слоях атмосферы Земли образуются, когда вода собирается на частицах, но мезосферные облака могут образовываться не только на частицах пыли , но и непосредственно из водяного пара.

Серебристые облака во время арктического рассвета, видимые с большой высоты

Данные спутника Aeronomy of Ice in the Mesosphere предполагают, что для формирования серебристых облаков требуются водяной пар, пыль и очень низкие температуры. Источники пыли и водяного пара в верхних слоях атмосферы достоверно неизвестны. Считается, что пыль исходит от микрометеоров , хотя также возможны частицы вулканов и пыль из тропосферы . Влага могла подниматься через промежутки в тропопаузе , а также образовываться в результате реакции метана с гидроксильными радикалами в стратосфере .

Было обнаружено , что выхлоп от космических челноков , использовавшихся в период с 1981 по 2011 год, который был почти полностью водяным паром после отсоединения твердотопливного ракетного ускорителя на высоте около 46 км, генерировал крошечные отдельные облака. Около половины пара выбрасывалась в термосферу , обычно на высотах от 103 до 114 км (от 338 000 до 374 000 футов). В августе 2014 года SpaceX Falcon 9 также вызвал после запуска серебристые облака над Орландо, Флорида .

Выхлоп может быть доставлен в арктический регион чуть более чем за день, хотя точный механизм этой высокоскоростной передачи неизвестен. По мере того, как вода мигрирует на север, она падает из термосферы в более холодную мезосферу, которая занимает область атмосферы чуть ниже. Хотя этот механизм является причиной отдельных серебристых облаков, он не считается основным фактором явления в целом.

Поскольку мезосфера содержит очень мало влаги, примерно стомиллионную часть воздуха из Сахары , и чрезвычайно тонкая, кристаллы льда могут образовываться только при температурах ниже -120 ° C (-184 ° F). Это означает, что серебристые облака образуются преимущественно летом, когда, как ни странно, мезосфера является самой холодной из-за сезонно меняющихся вертикальных ветров, что приводит к холодным летним условиям в верхней мезосфере (апвеллинг и адиабатическое охлаждение) и зимнему нагреву (нисходящий и адиабатический нагрев). . Следовательно, их нельзя наблюдать (даже если они присутствуют) внутри полярных кругов, потому что Солнце никогда не находится достаточно низко под горизонтом в это время года на этих широтах. Серебристые облака образуются в основном около полярных регионов, потому что мезосфера там самая холодная. Облака в южном полушарии примерно на 1 км (3300 футов) выше, чем в северном полушарии.

Ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет молекулы воды, уменьшая количество воды, доступной для образования серебристых облаков. Известно, что излучение циклически меняется в зависимости от солнечного цикла, и спутники отслеживают уменьшение яркости облаков с увеличением ультрафиолетового излучения в течение последних двух солнечных циклов. Было обнаружено, что изменения в облаках следуют за изменениями интенсивности ультрафиолетовых лучей примерно на год, но причина такого длительного запаздывания пока не известна.

Как известно, серебристые облака обладают высокой радиолокационной отражающей способностью в диапазоне частот от 50  МГц до 1,3 ГГц. Такое поведение не совсем понятно, но возможное объяснение состоит в том, что ледяные зерна покрываются тонкой металлической пленкой, состоящей из натрия и железа , что делает облако гораздо более отражающим для радара, хотя это объяснение остается спорным. Атомы натрия и железа отделяются от входящих микрометеоров и оседают в слое чуть выше высоты серебристых облаков, и измерения показали, что эти элементы сильно истощаются, когда облака присутствуют. Другие эксперименты показали, что при чрезвычайно низких температурах серебристого облака пары натрия могут быстро осаждаться на поверхности льда.

Открытие и расследование

Серебристые облака в Бурятии, Россия

Серебристые облака, как известно, впервые были обнаружены в 1885 году, через два года после извержения Кракатау в 1883 году . Остается неясным, связано ли их появление с извержением вулкана или их открытие связано с тем, что больше людей наблюдают захватывающие закаты, вызванные вулканическими обломками в атмосфере. Исследования показали, что серебристые облака вызваны не только вулканической активностью, хотя пыль и водяной пар могут попадать в верхние слои атмосферы в результате извержений и способствовать их образованию. Ученые в то время предполагали, что облака были еще одним проявлением вулканического пепла, но после того, как пепел выпал из атмосферы, серебристые облака не исчезли. Наконец, теория о том, что облака состоят из вулканической пыли, была опровергнута Мальзевым в 1926 году. В годы, прошедшие после их открытия, облака были тщательно изучены Отто Джесси из Германии , который первым сфотографировал их в 1887 году, и, похоже, именно он ввел термин «серебристое облако». Его записи свидетельствуют о том, что серебристые облака впервые появились в 1885 году. В прошлом году он проводил подробные наблюдения за необычными закатами, вызванными извержением Кракатау, и твердо верил, что если бы облака были тогда видны, он, несомненно, их заметил бы. Систематические фотографические наблюдения облаков были организованы в 1887 году Джесси, Ферстером и Штольце, а после этого года непрерывные наблюдения проводились в Берлинской обсерватории . Во время этого исследования высота облаков была впервые определена с помощью триангуляции . Этот проект был прекращен в 1896 году.

За десятилетия, прошедшие после смерти Отто Джесси в 1901 году, было мало новых открытий в природе серебристых облаков. Гипотеза Вегенера о том, что они состоят из водяного льда, позже оказалась верной. Исследования ограничивались наземными наблюдениями, и ученые очень мало знали о мезосфере до 1960-х годов, когда начались прямые ракетные измерения. Они впервые показали, что появление облаков совпало с очень низкими температурами в мезосфере.

Серебристые облака впервые были обнаружено из космоса инструмента на OGO -6 спутника в 1972. OGO-6 наблюдений яркого рассеивающего слоя над полярными шапками были идентифицированы как полюс расширения этих облаков. Более поздний спутник, Solar Mesosphere Explorer , нанес на карту распределение облаков между 1981 и 1986 годами с помощью своего ультрафиолетового спектрометра. Облака были обнаружены лидаром в 1995 году в Университете штата Юта , даже когда они не были видны невооруженным глазом. Первое физическое подтверждение того, что водяной лед действительно является основным компонентом серебристых облаков, было получено с помощью прибора HALOE на спутнике исследования верхних слоев атмосферы в 2001 году.

В 2001 году шведский спутник Odin провел спектральный анализ облаков и составил ежедневные глобальные карты, которые выявили большие закономерности в их распределении.

Спутник AIM ( Aeronomy of Ice in the Mesosphere ) был запущен 25 апреля 2007 года. Это был первый спутник, посвященный изучению серебристых облаков, и первые наблюдения были сделаны месяцем позже (25 мая). На изображениях, полученных со спутника, видны формы облаков, похожие на формы тропосферных облаков, намекая на сходство в их динамике.

В прошлом году ученые с миссии Mars Express объявили об открытии на Марсе кристаллических облаков из углекислого газа , простирающихся до 100 км (330 000 футов) над поверхностью планеты. Это самые высокие облака, обнаруженные над поверхностью каменистой планеты. Подобно серебристым облакам на Земле, их можно наблюдать только тогда, когда Солнце находится за горизонтом.

Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters в июне 2009 года, предполагает, что серебристые облака, наблюдавшиеся после Тунгусского события 1908 года, являются свидетельством того, что удар был вызван кометой.

Научно - исследовательской лаборатории ВМС США (NRL) и Министерство обороны США программы испытаний космических (STP) провели Заряженный Эксперимент Аэрозоль Release (CARE) 19 сентября 2009 года, с использованием выхлопных частиц из Black Brant XII суборбитальных звучащей ракеты , запущенной с Полетный комплекс Уоллопса НАСА для создания искусственного серебристого облака. Облако должно было наблюдаться в течение недель или месяцев с помощью наземных инструментов и прибора Spatial Heterodyne IMager для мезосферных радикалов (SHIMMER) на космическом корабле NRL / STP STPSat-1. Шлейф выхлопных газов ракеты был замечен и сообщил новостным организациям в Соединенных Штатах от Нью-Джерси до Массачусетса .

В ходе эксперимента 2018 года над Аляской на короткое время были созданы серебристые облака, что позволило проводить наземные измерения и эксперименты, направленные на проверку компьютерного моделирования этого явления. Суборбитальная ракета НАСА была запущена 26 января 2018 года профессором Университета Аляски Ричардом Коллинзом. Он нес канистры с водой, которые были выпущены на высоте около 53 миль (85 км) над Землей. Поскольку естественные облака появляются только летом, этот эксперимент проводился в середине зимы, чтобы гарантировать, что его результаты не будут смешаны с естественным явлением.

Наблюдение

Серебристые облака, как правило, бесцветные или бледно-голубые, хотя иногда наблюдаются другие цвета, включая красный и зеленый. Характерный синий цвет возникает из-за поглощения озоном на пути солнечного света, освещающего серебристое облако. Они могут выглядеть как полосы без характерных черт, но часто демонстрируют характерные узоры, такие как полосы, волнообразные неровности и завихрения. Они считаются «красивым природным явлением». Серебристые облака можно спутать с перистыми облаками , но при увеличении они кажутся более резкими. Те, что вызваны выхлопными газами ракет, имеют тенденцию иметь цвета, отличные от серебра или синего, из-за радужной окраски, вызванной однородным размером образующихся капель воды.

Серебристые облака можно увидеть на широтах от 50 ° до 65 °. Они редко встречаются на более низких широтах (хотя наблюдались и на юге, в Париже , Юте , Италии , Турции и Испании ), а ближе к полюсам темнеет недостаточно, чтобы стали видны облака. Они происходят летом, с середины мая до середины августа в северном полушарии и с середины ноября до середины февраля в южном полушарии. Они очень тусклые и разреженные, и их можно наблюдать только в сумерках около восхода и заката, когда облака нижних слоев атмосферы находятся в тени, но серебристое облако освещено Солнцем . Лучше всего их видно, когда Солнце находится на 6–16 ° ниже горизонта. Хотя серебристые облака встречаются в обоих полушариях, они наблюдались тысячи раз в северном полушарии и менее 100 раз в южном. Серебристые облака южного полушария более тусклые и встречаются реже; кроме того, в южном полушарии меньше населения и меньше суши, с которой можно проводить наблюдения.

Эти облака можно изучать с земли, из космоса и непосредственно с помощью зондирующей ракеты . Кроме того, некоторые серебристые облака состоят из более мелких кристаллов, 30 нм или меньше, которые невидимы для наземных наблюдателей, поскольку не рассеивают достаточно света.

Формы

Облака могут иметь множество различных узоров и форм. Схема идентификации была разработана Фоглом в 1970 году и классифицировала пять различных форм. С тех пор эти классификации были изменены и подразделены. В результате недавнего исследования Всемирная метеорологическая организация признала четыре основные формы, которые можно подразделить. Покровы типа I очень тонкие и не имеют четко выраженной структуры, чем-то напоминающие перисто-слоистые или плохо выраженные перистые. Полосы типа II представляют собой длинные полосы, которые часто образуют примерно параллельные группы, обычно более широко разнесенные, чем полосы или элементы, наблюдаемые в перисто-кучевых облаках. Волны типа III - это расположенные близко друг к другу, примерно параллельные короткие полосы, которые больше всего напоминают перистые облака. Вихри IV типа представляют собой частичные или, реже, полные кольца облаков с темными центрами.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки