Тайна серебристых облаков

Таинственные облака эти показываются людям лишь в лучах утренней или вечерней зари, когда они ярко светятся в сумеречном небе белым и серебристым светом. Отсюда и название их — серебристые облака. Считается, что они впервые открыты вечером 12 июня 1885 г. известным русским астрономом В. К. Цераским. Но, как выяснилось впоследствии, за 4 дня до него, 8 июня, серебристые облака (возможно, те же самые) наблюдал также в Германии Т. Бакгауз, а 10 июня в Праге — Ласка.

После захода Солнца, когда начинаются сумерки, или перед его восходом, когда пробуждается утренняя заря, нижние слои атмосферы не освещаются прямыми солнечными лучами. В этом случае, зная угол погружения Солнца за горизонт, можно прикинуть высоту облаков. Она составит около 82 км. А высота обычных облаков ограничивается 10 — 15 км. Поэтому, когда обычные и серебристые облака наблюдаются одновременно, первые, будучи в тени Земли, выделяются темной массой на фоне располагающихся выше этой тени и потому ярко освещенных серебристых облаков. Такие случаи удавалось фотографировать. Можно видеть красочное сочетание темных, почти черных, обычных облаков с переливающими белизной серебристыми облаками, которые особенно эффектны при отражении в воде.

Прошло уже почти 90 лет со дня открытия этих облаков, а природа их до сих пор остается неизвестной, несмотря на энергичные усилия ученых всего мира. Дело в том, что в отличие от обычных серебристые облака имеют пока необъяснимые особенности.

Во-первых, они появляются всегда на одной и той же высоте. Во-вторых, наблюдаются только в определенное время года — с апреля по октябрь, а чаще всего в июле в северном полушарии и январе — в южном. В-третьих, они как будто бы не выходят за пределы широтной зоны 45—65° (рис. на стр. 21). Этими своими особенностями серебристые облака и привлекают внимание все большего числа ученых, особенно в последнее десятилетие.

Удивительную своим постоянством высоту серебристых облаков некоторые ученые объясняют тем, что они образуются путем сгущения водяного пара. При этом принимают во внимание соотношение между парциальным (частичным) давлением собственно водяного пара, или, иначе говоря, упругости водяного пара Е и давлением воздуха в атмосфере Р. На схеме двумя кривыми показаны величины атмосферного давления на разных высотах, а также давления водяного пара, когда он при наблюдающихся на этих высотах температурах может насыщать воздух и образовывать облака, то есть величины упругости насыщения водяного пара Е. Места пересечения кривых Р и Е (что связано с температурной инверсией) определяют высоты, где возможно образование облаков и где оно невозможно.

Известно, что полное, или общее, атмосферное давление Р представляет собой сумму парциальных давлений всех газов, входящих в состав воздуха. Следовательно, на любой высоте упругость водяных паров Е всегда меньше атмосферного давления Р. Отсюда, например, следует, что если на высоте, скажем, 40 км Р меньше Е, то ни при каких возможных количествах водяного пара воздух на высоте 40 км не может быть насыщенным. Следовательно, на этой высоте немыслимо образование облаков.

Судя по указанной схеме, такой сухой слой, где Р < Е, простирается в атмосфере от 33 до 79 км и выше 84 км. Ниже 33 км и вплоть до земной поверхности, где Р > Е, облака могут образоваться. Облака, носящие еще одно красивое название — перламутровые, встречаются главным образом «а высотах 22—27 км. Серебристые же облака сосредоточены на высоте от 79 до 84 км, где также Р > Е.

Как же попадает водяной пар на такие большие высоты? Ответить однозначно на этот вопрос пока что не представляется возможным. Одни ученые считают, что водяной пар может подняться сюда из тропосферы, другие доказывают возможность образования молекул воды непосредственно в верхних слоях атмосферы благодаря реакции соединения атомов водорода и кислорода под действием солнечного излучения. Но важно то, что захваченные с помощью метеорологических ракет частички серебристых облаков действительно содержали воду в виде ледяной оболочки вокруг ядер, состоящих из железа и никеля, как и в метеоритах. Последний факт говорит в пользу сторонников пылевой гипотезы, которые считают, что серебристые облака — это частички пыли преимущественно космического происхождения. Сюда же может быть отнесена также гипотеза образования серебристых облаков из вулканической пыли при извержениях земных вулканов.

Как видно из вышесказанного, возможен лишь компромиссный подход к проблеме происхождения серебристых облаков. Вероятнее всего, пылевые частички космического и вулканического происхождения являются ядрами конденсации, без которых, кстати, затруднительно образование ледяных кристаллов даже при наличии в воздухе достаточного количества водяного пара. Интенсивные и разнообразные фотохимические реакции, происходящие на высотах 70—100 км с участием водорода в виде Н, H2 и водородосодержащих молекул ОН, H2О и других, также могут иметь прямое отношение к теории образования серебристых облаков. Образование серебристых облаков может находиться в зависимости и от гидродинамических процессов, происходящих в мезосфере, стратосфере, а возможно и в тропосфере.