Виталий Бронштэн - Серебристые облака и их наблюдение

Такое совпадение двух периодов — наиболее благоприятных условий для наблюдений и наиболее частых появлений серебристых облаков — долгое время сбивало с толку исследователей. Многие ошибочно полагали, что серебристые облака наблюдаются летом в средних широтах только потому, что в это время и как раз на этих широтах создаются благоприятные условия для их видимости (в высоких широтах летом — полярный день, а ближе к экватору очень короткие сумерки). Только во второй половине 50-х годов удалось доказать, что это совпадение — чисто случайное (хотя и очень выгодное для наблюдателей), а на самом деле серебристые облака образуются именно в летний период и именно в средних широтах, потому что в это время на этих широтах происходит значительное похолодание в области мезопаузы и создаются необходимые условия для образования на этом уровне кристалликов льда, из которых и состоят серебристые облака. Подробнее об этом будет рассказано ниже.

Можно считать, что серебристые облака в основном наблюдаются в интервале широт 50–65°. Известны редкие случаи их наблюдения на более низких широтах — до 45°. А вот на широте Ашхабада (38°) за 700 ночей наблюдений И. С. Астапович не замечал их ни разу.

Анализ данных каталога появлений серебристых облаков, составленного Н. П. Фаст на основании 2000 наблюдений за 1885–1064 гг., дает такое распределение пунктов наблюдения по широтам:

Крайние широты мест наблюдений в северном полушарии: от 45° (пос. Сам Казахской ССР, март — май) до 77° (Дерманкшан, Гренландия, сентябрь — октябрь), а в южном полушарии от 52° (Фолклендские — Мальвинские острова), до 80° (Станция Берд, Антарктида, март). Нужно, однако, иметь в виду, что наблюдения серебристых облаков в южном полушарии пока немногочисленны.

Если говорить о распределении появлений серебристых облаков по сезонам, то самые различные материалы за разные годы показывают практически одну и ту же картину. В северном полушарии серебристые облака наблюдаются с марта по октябрь, но количество их появлений в марте, апреле, первой половине мая, второй половине августа, сентябре и октябре весьма мало. Период, наиболее удобный для наблюдений, — с конца мая до середины августа. Максимум видимости серебристых облаков довольно уверенно приходится на 5 июля (рис. 4).

Рис. 4. Распределение случаев видимости серебристых облаков по месяцам по данным станций Гидрометслужбы СССР:

1— 1957 г., 2— 1958 г., 3— 1959 г., 4— суммарно за три года.

Рассмотрим теперь распределение серебристых облаков по высоте. Советскими и зарубежными учеными было разработано несколько методов определения высот серебристых облаков по фотографиям, снятым из двух пунктов. Основная заслуга в разработке этих методов принадлежит К. Штермеру (Норвегия), М. И. Бурову, М. А. Дирикису, Ю. Л. Францману (СССР), Г. Витту (Швеция). Все эти методы достаточно сложны, чтобы излагать их в научно-популярной книге [2] Подробное изложение этих методов можно найти в книге: Бронштэн В. А., Гришин Н. И. Серебристое облака, — М.: Наука, 1970. ). Мы ограничимся лишь изложением идеи этих методов.

Пусть два наблюдателя А и В (рис. 5) в один и тот же момент фотографируют серебристое облако С (точнее, какую-то заметную деталь облака), высоту которого H надо определить. Расстояние между наблюдателями (базис) равно d . Путем измерений положения облака на фотопластинках (или пленках) определяют угол параллактического смешения деталей облака γ . Теперь рассмотрим два частных случая:

Рис. 5. Определение высоты серебристых облаков по методу В. К. Цераского.

Первый случай . Базис находится в плоскости АОС (именно так расположили свой базис В. К. Цераский и А. А. Белопольский в 1885 г.). Тогда задача — плоская, что сильно упрощает ее решение. В треугольнике АВС нам известна сторона AB = d и все три угла. Это дает возможность найти расстояния АС = r 1и BC = r 2по формулам

где h 1, h 2— угловые высоты детали облака над горизонтом из точек А и В соответственно. Поскольку базис d обычно измеряется десятками километров, на таком расстоянии Землю можно считать плоской. Но расстояние до проекции серебристого облака D измеряется уже сотнями километров, и тут надо учитывать кривизну земной поверхности. Чтобы определить высоту точки С над поверхностью Земли, рассмотрим треугольник ОАС ( О — центр Земли). В нем нам известны стороны OA = R (радиус Земли) и АС = r 1, а также угол OAC = 90° + h 1. Этого достаточно, чтобы найти неизвестную сторону OC = R + H , а значит и Н :

Здесь используется вспомогательный угол ψ 1= АОС при центре Земли.

Второй случай. Базис расположен перпендикулярно направлению на облако. Тогда плоский треугольник ABC (обозначения прежние) — равнобедренный, причем каждый из углов при точках А и В равен 90°— ( γ /2). По теореме синусов будем иметь

после чего высота H находится по формулам (5).

Разумеется, в действительности все обстоит гораздо сложнее. Для определения h 1, h 2и γ нужно «привязать» изображения деталей серебристых облаков к звездам с известными координатами (в экваториальной системе) либо к земным ориентирам, координаты которых (в горизонтальной системе) определяются из специальных измерений. Для обработки измерений надо знать точный масштаб снимка, а для этого, в свою очередь, — фокусное расстояние объектива камеры. Задача в общем виде не плоская, как в наших двух примерах, а пространственная. Наконец, необходимо учитывать рефракцию (преломление лучей в земной атмосфере).

Большие ряды измерений высот серебристых облаков были выполнены О. Иессе в 1889–1891 гг. (395 измерений), К. Штермером в 1932–1934 гг. (78 измерений), Г. Виттом в 1958 г. (588 измерений), М. А. Дипикисом, Ю. Л. Францманом и их сотрудниками в 1959–1964 гг. (137 измерений), М. И. Буровым в 1964 г. (366 измерений), Г. Вигтом в 1965–1967 гг. (2588 измерений), Н. Ауфм-Ордтом, И. Нейсером и Г. Буллом в 1967–1972 гг. (420 измерений). Средняя высота по 4586 измерениям составляет 82,97 км.