Виталий Бронштэн - Серебристые облака и их наблюдение

Рассмотрим теперь другое положение станции S 2,когда серебристое облако видно «в разрезе». Для этого восстановим в точке С перпендикуляр к радиусу-вектору облака ОС до его пересечения с орбитой станции S 1 S 2. Центральный угол ψ 2найдем теперь из формулы (10), заменив в ней H 0на H и H на H 1. Получим ψ 2 = 16°. А теперь найдем угол DS 2 С , равный угловой высоте h Cсеребристых облаков над линией горизонта станции S 2 D в этот момент. Нетрудно сообразить, что

h C = ψ 1— ψ 2

поскольку L DOS 2= L BOS 1= ψ 1, а L DS 2C = L CS 2O — LDS 2O = (90°— ψ 2) — (90° — ψ 1) = ψ 1- ψ 2 .Следовательно, h C= 2°. как и получилось у наших космонавтов. Величина этого угла подтверждает, что облака находились именно на высоте около 80 км (для другой высоты и угол получился бы другой).

Нетрудно также подсчитать» что в положении S 2расстояние «станция — облако» S 2 C = 1880 км. Дальнейшее приближение станции к облаку приведет к тому, что облако окажется на фоне освещенной Солнцем полусферы Земли (а еще раньше — нижних слоев атмосферы) и пропадет, что и наблюдалось в действительности.

На станции «Салют-6» не раз отмечались случаи, когда поле серебристых облаков простиралось на весь южный горизонт (не забудем, что наблюдения велись в южном полушарии Земли) и наблюдалось в течение 7–8 последовательных витков. Это показывает, что серебристые облака порой полностью покрывали «разрешенную» для них широтную зону, что ранее было отмечено со станции «Салют-4» для северного полушария (см. рис. 22). По предварительным данным, в южном полушарии серебристые облака появляются на широтах выше 53° S.

Космические наблюдения позволили выявить средние (20÷100 км) и длинные (100÷280 км) волны в структуре серебристых облаков. Труднее оказалось обнаружить короткие волны (3÷12 км), что связано с геометрическими условиями наблюдения, описанными выше. Зато надежно подтверждена многослойность полей серебристых облаков, ранее установленная по наземным наблюдениям.

Фотографии серебристых облаков, полученные экипажем «Салюта-6», подверглись на Земле фотометрической обработке, которую провели сотрудники Института астрофизики и физики атмосферы Академии наук ЭССР О. А. Авасте и Ч. И. Внллманн при участии космонавтов-исследователей Г. М. Гречко и Ю. В. Романенко. Были построены фотометрические профили облаков для различных азимутов, которые еще четче, чем просмотр негативов, показали волновую структуру облачного поля. Исследователи сравнили изменение яркости серебристых облаков вдоль азимута с теоретической моделью рассеяния света частицами облаков, построенной в 1975 г. Ч. И. Виллманном. Вблизи азимута Солнца яркость серебристых облаков оказалась примерно вдвое выше, чем предсказывала модель, что авторы работы объяснили присутствием в наблюдавшихся 15 января 1978 г. с «Салюта-6» серебристых облаках более крупных частиц, чем принятые в теоретической модели (т. е. больше 0,1 мкм).

Для орбитальной станции «Салют-4» группой советских ученых был сконструирован четырехканальный радиометр, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне, на длинах волн 1,35; 1,9; 2,2 и 2,7 мкм. С его помощью с борта орбитальной станции в июне — июле 1975 г. производилась последовательная ретрансляция яркости неба (сканирование) в вертикале Солнца. На рис. 25 показаны результаты сканирования на волне 1,9 мкм в присутствии серебристых облаков (сплошная линия) и в их отсутствие (пунктир). Четко заметен резкий максимум на высоте 80 км, когда серебристые облака наблюдались. Всего было сделано около 20 сканов.

Рис. 25. Яркость неба В λна волне 1,9 мкм по результатам сканирования с «Салюта 4» при наличии серебристых облаков (сплошная линия) и при их отсутствии (пунктир).

По результатам этих наблюдений удалось построить спектральное распределение свечения серебристых облаков в инфракрасной области (рис. 26). На график нанесены теоретические кривые для значений оптической толщины облаков 10 -5, 3∙10 -5и 10 -4( 1–3 ), а также спектральная кривая 4 излучения гидроксила (ОН), максимум которого, согласно Н. Н. Шефову, также приходится на высоту 80 км (этот факт мы еще рассмотрим в дальнейшем). Сумма излучения гидроксила и серебристых облаков при τ = 3∙10 -5изображена кривой 5 . Измерения на трех длинах волн показаны точками. Вертикальные отрезки обозначают вариации яркости от одного измерения к другому. Заметно хорошее согласие теоретических и экспериментальных результатов. К сожалению, измерения на волне 2,7 мкм использовать не удалось.

Рис. 26. Спектральное распределение яркости В λсеребристых облаков 1–3— теоретические кривые при τ= 10 -5, 3∙10 -5и 10 -4соответственно, 4— эмиссия ОН (по Н.Н. Шефову), 5— сумма яркости серебристых облаков при τ= 3∙10 -5 и ОН, белыми кружками показаны данные наблюдений с «Салюта-4» (по О. А. Авасте и др.).

Разумеется, описанные выше результаты — только начало исследования серебристых облаков из космоса. Эти исследования продолжаются. Они проводились на орбитальной станции «Салют-7», в частности, экипажем посещения в составе Л. И. Попова, А. А. Сереброва и С. Е. Савицкой в августе 1982 г. результаты этих исследований, несомненно, вскоре принесут свои обильные плоды.

Как уже говорилось в § 1, первые предположения о природе серебристых облаков связывались с извержением вулкана Кракатау 27 августа 1883 г. Громадное количество вулканической пыли, выброшенной в атмосферу при этом катастрофическом извержении (по оценкам ученых, около 35 миллионов тонн), могло образовать и не такие облака. Но от извержения Кракатау до первого появления серебристых облаков в июне 1885 г. прошло почти два года, а главное, — после других катастрофических извержений вулканов (Мон-Пеле, 1902 г.; Катмаи, 1912 г.; Квицопу, 1932 г.) серебристые облака не наблюдались.

Спустя полвека, уже в 20-е годы нашего столетия, известный исследователь метеоритов Л. А. Кулик выдвинул метеорно-метеоритную гипотезу образования серебристых облаков. Яркие серебристые облака, наблюдавшиеся в течение нескольких ночей подряд сразу после падения знаменитого Тунгусского метеорита, навели ученого на мысль, что это совпадение неслучайно, и частицы серебристых облаков — это мельчайшие осколки метеорита, образовавшиеся при его дроблении в атмосфере, а также взметенные вверх а результате взрыва при ударе метеорита (как тогда полагали) о Землю. Позже Л. А. Кулик пришел к выводу, что не только гигантские метеориты, но и обычные метеоры, дробясь и испаряясь в атмосфере, порождают частички метеорной пыли, которые мы и наблюдаем в виде серебристых облаков. Этим Л. А. Кулик стремился объяснить случаи появления серебристых облаков в годы, когда падения метеоритов не наблюдались.