Na kateri višini nastanejo žolčni oblaki? Ali so žolčni oblaki redki? Lastnosti in vrste

Splošne informacije o žolčnih oblakih.

Žlahtne oblake so prvič opazili leta 1885. Pred tem ni bilo podatkov o žolčastih oblakih. Odkritelj žolčnih oblakov velja za V.K. Tseraskyja, docenta na moskovski univerzi. Opazoval je žolčne oblake 12. junija 1885, ko je opazil nenavadno svetle oblake na predzornem nebu, ki so zapolnjevali segment somraka. Znanstvenik jih je poimenoval nočni žareči oblaki. Znanstvenika je še posebej presenetilo dejstvo, da so oblaki močno izstopali na ozadju segmenta somraka in popolnoma izginili ter presegli njegove meje. To ga je zelo skrbelo, saj lahko, ker niso vidne, absorbirajo svetlobo zvezd in popačijo rezultate fotometričnih meritev. Toda že prve meritve svetlečih oblakov so pokazale, da so ti oblaki zelo prozorni in ne zmanjšujejo bistveno svetlobe zvezd. Žlahtni oblaki nastanejo na nadmorski višini od 73 do 97 km z največjo širino 83-85 km, ko temperatura pade na 150-165 K. Čeprav je to atmosferski pojav, se v zgodovini njegove raziskave štejejo za astronomske, saj celo vrstico pojav v našem ozračju je tako ali drugače povezan s procesi, ki se dogajajo na soncu, s meteorne vode... Poleg tega je preučevanje atmosfere drugih planetov neločljivo povezano s preučevanjem našega lastnega ozračja. Poleg tega so žolčni oblaki, za razliko od drugih oblakov, opazovani ponoči, njihovo opazovanje in registracija njihovega videza pa se lahko izvaja hkrati z opazovanjem drugih astronomskih pojavov ali predmetov.

Žlahtne oblake lahko opazimo od marca do oktobra na severni polobli in od novembra do aprila na južni polobli. Najpogosteje pa jih na severni polobli opazimo od konca maja do sredine avgusta (z vrhom junija-julija), na južni polobli v zimskih mesecih.

Obseg opazovanja je omejen na zemljepisne širine od 50 do 65 stopinj. Vendar so redki primeri njihovega opazovanja na nižjih zemljepisnih širinah - do 45 stopinj. V knjigi V.A. Bronstein "Noktilucentni oblaki in njihovo opazovanje" zagotavlja podatke iz kataloga žolčnih oblakov, ki ga je sestavil NP Fast na podlagi 2000 opazovanj za obdobje 1885-1964. Ta katalog podaja naslednjo zemljepisno širino opazovalnih točk:

Zemljepisna širina .................. 50 ...... 50-55 ..... 55-60 ..... 60 Število opazovanj (%) .......... 3,8 ...... 28,1 ...... 57,4 ...... 10,8

Kaj je razlog za to? V tem času so na teh zemljepisnih širinah ustvarjene ugodne razmere za njihovo vidljivost, saj se na teh zemljepisnih širinah v tem času sonce tudi ob polnoči plitvo potopi pod obzorje, na ozadju pa so opazne čudovite srebrne formacije. nebo v somraku, ki po strukturi spominja na lahke cirusne oblake. To se zgodi, ker sijejo predvsem z odbito sončno svetlobo, čeprav se nekateri žarki, ki jih pošiljajo, lahko rodijo v procesu fluorescence – ponovne emisije energije, ki jo prejme sonce na drugih valovnih dolžinah. Da bi se to zgodilo, je potrebno, da sončni žarki osvetljujejo žolčne oblake. Poznavanje njih Povprečna višina nad talna površina, se lahko izračuna, da potopitev Sonca ne sme presegati 19,5 stopinj. Hkrati je, če je Sonce padlo za manj kot 6 stopinj, še vedno presvetlo (civilni mrak), na svetlem nebu se morda ne vidijo oblaki. Tako najugodnejši pogoji za opazovanje žolčnih oblakov ustrezajo času tako imenovanega navtičnega in astronomskega mraka in daljši kot je ta mrak, večja je njihova verjetnost. Takšni pogoji se ustvarijo poleti na srednjih zemljepisnih širinah. Na srednjih zemljepisnih širinah od konca maja do sredine avgusta najpogosteje opazimo žolčne oblake. Res je, to naključje je čisto naključno. Pravzaprav se žolčni oblaki tvorijo ravno v poletnem obdobju in ravno na srednjih zemljepisnih širinah, ker je v tem času na teh zemljepisnih širinah v mezopavzi občutno ohladitev in potrebne pogoje za tvorbo ledenih kristalov.

Prve domneve o naravi žolčnih oblakov so bile povezane z izbruhom vulkana Krakatoa 27. avgusta 1883. V dvajsetih letih 20. stoletja je L. A. Kulik, raziskovalec slavnega meteorita Tunguska, postavil hipotezo meteorita in meteorita o nastanku žlahtnih oblakov. Kulik je tudi predlagal, da niso samo velikanski meteoriti, ampak tudi navadni meteorji vir nastanka žolčnih oblakov. Hipoteza o meteorju je bila dolgo časa priljubljena, vendar ni mogla odgovoriti na številna vprašanja:

Zakaj se pojavljajo v ozkem razponu višin s povprečno vrednostjo 82-83 kilometrov?
Zakaj jih opazimo le poleti in samo v srednjih zemljepisnih širinah?
Zakaj imajo lastnost fina struktura zelo podoben strukturi cirusnih oblakov?

Odgovor na vsa ta vprašanja je dala hipoteza o kondenzaciji (ali ledu). Ta hipoteza je bila leta 1952 resno utemeljena v delu I. A. Khvostikova, ki je opozoril na zunanjo podobnost žlahtnih in cirusnih oblakov. Cirrusni oblaki so sestavljeni iz ledenih kristalov. IA Khvostikov je predlagal, da imajo žlahtni oblaki enako strukturo. Da pa se vodna para kondenzira v led, potrebujete določene pogoje... Leta 1958 je V.A. Bronstein je sezonske in zemljepisne učinke pojava žolčnih oblakov pojasnil z dejstvom, da je na srednjih zemljepisnih širinah v poletni čas V mezopavzi temperatura pade na izjemno nizke vrednosti 150-165 K. Tako je bila potrjena hipoteza I. A. Khvostikova o možnosti nastanka žlahtnih oblakov na tem območju.

Res je, raziskovalci so se soočili še z eno vprašanjem: ali je na tako visoki nadmorski višini vodna para v količini, ki zadostuje za nastanek žlahtnih oblakov? Delo znanstvenikov v tej smeri je dalo nepričakovan rezultat. Izrazit maksimum vsebnosti vodne pare je bil ugotovljen v juliju-avgustu, minimum pa v januarju-februarju (na severni polobli). To pomeni, da je bilo ugotovljeno dejstvo o povečanju vlažnosti v teh letnih časih, na teh zemljepisnih širinah in na ravni, kjer nastajajo žlahtni oblaki. To dejstvo ima preprosto razlago: nad 25-30 kilometri na srednjih zemljepisnih širinah poleti opazimo naraščajoče zračne tokove, ki prenašajo vodno paro v območje mezopavze. Tam vodna para zamrzne in tvori žlahtne oblake. Njegovo pomanjkanje se nadomesti z novim dotokom pare od spodaj. Na drugih zemljepisnih širinah in v drugih letnih časih se navzgor ne pojavljajo ali pa so zatrti zaradi odsotnosti zmrzovanja. Obstaja tudi druga razlaga. Sestoji iz dejstva, da vodna para na velikih nadmorskih višinah nastane z interakcijo atomov vodika, ki letijo na Zemljo s Sonca, z atomi kisika zgornje plasti zemeljsko atmosfero. To idejo je leta 1933 izrazil norveški znanstvenik L. Vegard in leta 1961 kvantitativno utemeljil v delu francoskega znanstvenika C. de Tourvillea. Res je, ta hipoteza o "sončnem dežju" ima šibke točke in ne more v celoti pojasniti povečane vlažnosti v mezopavzi. V Zadnja leta nekateri raziskovalci so predlagali še en vir oskrbe z vodno paro v mezopavzi. Takšne hipoteze se držijo na primer profesor na univerzi Iowa L. Frank, ruski znanstvenik V. N. Lebedinec in nekateri drugi znanstveniki. Menijo, da je območje mezopavze oskrbljeno z vodno paro v količini mini-kometov, ki zadostuje za nastanek žlahtnih oblakov. Kateri delci služijo kot kondenzacijska jedra pri nastajanju žolčnih oblakov? Postavljene so bile različne predpostavke: vulkanski prašni delci, kristali morske soli, meteorni delci. Hipotezo, da so meteorni delci tisti, ki služijo kot kondenzacijska jedra, je leta 1926 postavil L. A. Kulik v svoji meteoritno-meteoritski hipotezi o nastanku žlahtnih oblakov. Leta 1950 je to hipotezo ponovno neodvisno postavil V. A. Bronshten.

Hipoteza vesoljskega izvora kondenzacijska jedra so zdaj prednostna. Dejansko se uničenje meteornih teles, ki prodrejo v zemeljsko atmosfero in jih opazimo kot meteorje, dogaja predvsem tik nad mezopavzo, na nadmorski višini 120-80 km. Študije kažejo, da na Zemljo vsak dan "pade" do 100 ton snovi, število delcev z maso 10 gramov, ki so primerni kot kondenzacijska jedra, pa je povsem dovolj, da zagotovi nastanek žlahtnih oblakov. Poskušali so najti povezavo med pojavom žolčnih oblakov in intenzivnostjo meteornih roj.

Struktura žolčnih oblakov.

Leta 1955 je N.I. Grishin je predlagal morfološko klasifikacijo oblik žlahtnih oblakov. Kasneje je postala mednarodna klasifikacija... Kombinacija različnih oblik žolčnih oblakov je oblikovala naslednje glavne vrste:

Tip I. Fleur, najpreprostejša, enakomerna oblika, ki zapolnjuje prostor med bolj zapletenimi, kontrastnimi detajli in ima megleno strukturo ter šibek, bledo bel sijaj z modrikastim odtenkom.

Tip II. Proge, ki spominjajo na ozke tokove, kot da jih odnesejo zračni tokovi. Pogosto razporejene v skupinah po več, vzporedno med seboj ali prepletene pod rahlim kotom. Proge so razdeljene v dve skupini - zamegljene (II-a) in ostro definirane (II-b).

Tip III. Valovi so razdeljeni v tri skupine. Pokrovače (III-a) - območja s pogostimi ozkimi, ostro začrtanimi vzporednimi črtami, kot lahke valove na površini vode z rahlim sunkom vetra. Grebeni (III-b) imajo bolj izrazite znake valovite narave; razdalja med sosednjimi grebeni je 10–20-krat večja kot pri pokrovačah. Valoviti zavoji (III-c) nastanejo kot posledica ukrivljenosti površine oblaka, ki jo zasedajo druge oblike (trakovi, grebeni).

Tip IV. Vrtinci so prav tako razvrščeni v tri skupine. Vrtinci majhnega polmera (IV-a): 0,1 ° do 0,5 °, t.j. ne več kot lunin disk. Upogibajo ali popolnoma zasukajo črte, pokrovače in včasih tančico in tvorijo obroč s temnim prostorom na sredini, ki spominja na lunin krater. Vrtinci v obliki preprostega upogiba enega ali več trakov stran od glavne smeri (IV-b). Močne vrtinčne emisije "svetleče" snovi stran od glavnega oblaka (IV-c); za to redko tvorbo je značilna hitra sprememba oblike.

Toda tudi znotraj vrste so žolčni oblaki različni. Zato se v vsaki vrsti oblakov razlikujejo skupine, ki označujejo specifično strukturo oblakov (zamegljene črte, ostro začrtane črte, grebeni, grebeni, valoviti ovinki itd.) Bronstein "Žnožni oblaki in njihova opazovanja." Običajno lahko pri opazovanju žolčnih oblakov naenkrat opazite več njihovih oblik različnih vrst in skupin.

Vrste in metode opazovanja žolčnih oblakov.

Študije žolčnih oblakov so potrebne za globlje razumevanje kroženja zemeljske atmosfere, pa tudi mnogih procesov, ki se odvijajo zunaj Zemlje, na soncu. Možno je, da vreme na Zemlji ni odvisno le od razmer v troposferi, temveč tudi od stanja višjih plasti ozračja. Opazovanja žolčnih oblakov so različna, njihova organizacija, metodologija in ravnanje so odvisni od nalog. Ločimo lahko naslednje vrste opazovanj žolčnih oblakov:

1. Sinoptična opazovanja so sistematična opazovanja segmenta somraka, da se ugotovi prisotnost ali odsotnost žlahtnih oblakov in, če so vidni, zaznajo nekatere značilne znake.
2. Študija strukture. To je mogoče storiti z vizualnim opazovanjem, fotografiranjem ali snemanjem s časovnim zamikom.
3. Študija gibanja žolčnih oblakov. Proizvedeno z zaporednim fotografiranjem ali počasnim snemanjem. Tukaj bo morda potreben teodolit.
4. Določanje višin. Za rešitev tega problema je potrebno fotografirati žolčne oblake ob vnaprej dogovorjenih časih iz dveh točk, ki sta ločeni z razdaljo 20-0 km. Kamere v obeh primerih morajo biti enake. Potrebna je natančna ura. Za obdelavo opazovanj boste potrebovali posebno paleto.
5. Fotometrija in polarimetrija. Izdelano iz fotografij. Toda za izvedbo teh nalog so potrebne posebne naprave.

To so glavne vrste opazovanj. Nekatere od zgornjih nalog je mogoče izvesti na istih opazovanjih. Iste fotografije lahko uporabimo za preučevanje strukture, gibanja, določanja višin in fotometrije žolčnih oblakov. Opazovalec-prognostic lahko med posnetki fotografira žolčne oblake. Sinoptična metoda je najbolj sprejemljiva za amatersko opazovanje žolčnih oblakov. Vključuje patruljiranje segmenta somraka, statistiko žolčnih oblakov, opis njihove strukture in svetlosti. Pri svojem delu sem uporabljal predvsem sinoptično metodo opazovanja žolčnih oblakov. Fotografska metoda je bila uporabljena za preučevanje strukture žolčnih oblakov. Izmerili smo tudi azimut in višino žlahtnih oblakov nad obzorjem.

Najbolj fantastične barve in muhaste slike je mogoče opazovati ob sončnem zahodu. Včasih pride na misel misel, da če je risanje res, potem ljudje ne bodo verjeli - rekli bodo, da se to ne zgodi, in da je umetnik pretiraval resničnost. Včasih smo mislili, da je vse to fizika, vse je razloženo z lomom svetlobe v plasteh ozračja. Vendar pa na nebu obstajajo pojavi, ki še vedno nimajo natančne razlage in jih znanstveniki, meteorologi, fiziki in astronomi, že dolgo preučujejo. Eden takšnih pojavov so žlahtni oblaki.

Nočni oblaki. Foto: mygeos.com

Nočni oblaki so zelo lep in razmeroma redek atmosferski pojav, ki ga lahko opazujemo na zemljepisnih širinah med 43° in 65° poleti v kratkih nočeh, v globokem mraku. To so najvišji oblaki v Zemljinem ozračju, nastajajo v mezosferi na višini okoli 85 km in so vidni le, če jih obsije sonce izza obzorja, medtem ko so nižje plasti ozračja v zemeljski senci. Mezosferske oblake je precej preprosto ločiti od navadnih nizkih troposferskih oblakov: slednji so na ozadju večerne zore vidni kot temni, prvi pa so svetli in tako rekoč svetli, ker zahajajoče sonce lahko "osvetli" le dovolj "visoke" predmete.

Optična gostota mezosferskih oblakov je zanemarljiva in zvezde pogosto pokukajo skozi njih. Ni presenetljivo, da te oblake opazimo predvsem v najkrajših nočeh na visokih zemljepisnih širinah: v takih razmerah je, ko sonce zaide na kratko in ne daleč za obzorjem. Zanimivo je, da se žolčni oblaki premikajo zelo hitro – njihova povprečna hitrost je 100 metrov na sekundo.

Narava žolčnih oblakov ni popolnoma razumljena. Prvič so žolčne oblake opazili leta 1885, dve leti po izbruhu vulkana Krakatoa. Pepel, ki ga je vrgel ta vulkan, je povzročil tako veličastne sončne zahode, da je postalo zelo priljubljeno gledanje v sončno nebo. Eden takšnih opazovalcev je bil nemški znanstvenik T. Backhouse T.W., ki je na popolnoma črnem nebu opazil tanke, lesketajoče se z modrikasto svetlobo, srebrne črte in jih opisal v svojem članku. Privatni docent moskovske univerze Vitold Karlovič Tserasky, ki je 12. junija 1885 opazoval žolčne oblake, je prav tako opazil, da so ti oblaki, ki so močno izstopali na nebu v mraku, postali popolnoma nevidni, ko so šli onkraj somračnega segmenta neba. Poimenoval jih je "nočni žareči oblaki". Sprva so znanstveniki pojav žlahtnih oblakov povezovali z vulkanskim prahom, vendar so pojav opazili precej pogosto v odsotnosti vulkanskih izbruhov. VK Tseraskiy je skupaj z astronomom iz Observatorija Pulkovo AA Belopolskim, ki je takrat delal na moskovskem observatoriju, preučeval žolčne oblake in določil njihovo višino, ki se je po njegovih opazovanjih gibala od 73 do 83 km. To vrednost je 3 leta pozneje potrdil nemški meteorolog O. Jesse.

Raziskovalec tunguškega meteorita L. A. Kulik je leta 1926 predlagal meteoritno-meteoritno hipotezo o nastanku žlahtnih oblakov, po kateri so meteorni delci, ki so vstopili v zemeljsko atmosfero, jedra kondenzacije vodne pare. Vendar ta teorija ni pojasnila njihove značilne fine strukture, primerljive s strukturo cirusnih oblakov. Leta 1952 je I.A.

Nedavno je NASA potrdila teorijo meteorskega izvora žolčnih oblakov. "V žolčnih oblakih smo našli delce 'meteornega dima'. To odkritje potrjuje teorijo, da so meteorni prašni delci zarodki, okoli katerih nastanejo kristali žolčnih oblakov," je povedal znanstveni direktor NASA (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) James Russell iz Hamptona. univerza.

Vsak dan na Zemljo pade več kot tona meteornega prahu. Letenje v ozračje naprej velike hitrosti, večina tega prahu popolnoma izgori na nadmorski višini 70-100 km, za seboj pa ostane "dim", sestavljen iz mikroskopskih delcev. Ti delci tvorijo nekakšne kristalizacijske centre, okoli katerih molekule vode tvorijo ledene kristale. Toda za razliko od kristalov, ki nastanejo v navadnih oblakih, so kristali žolčnih oblakov zelo majhni. Približno 10-100-krat manjši od kristalov dežnega oblaka. To pojasnjuje nenavaden modrikast odtenek žolčnih oblakov, saj majhni ledeni kristali bolje lomijo svetlobo iz krajše valovnega dela spektra – modre in vijolične.

Trenutno narava videza na višini 80 km v zadostni količini vodne pare, ki je potrebna za nastanek žlahtnih oblakov, ni povsem jasna. Leta 2012, po 5 letih delovanja satelita AIM, je nova hipoteza o naravi videza vode v mezosferi, ki je lahko pojasnila, zakaj so se oblaki pojavili pred 130 leti, pred tem pa jih niso opazili. Po tej teoriji je vir nastajanja vode plin metan, ki je začel intenzivno bogatiti zemeljsko atmosfero od konca devetnajstega stoletja. Industrijski razvoj nafte in plinska polja, zakopavanje gospodinjskih in industrijskih odpadkov itd. Glede na učinek tople grede je metan več desetkrat večji od ogljikovega dioksida. Toda CO 2 je težji od zraka in se zato kopiči neposredno na površini Zemlje in ga rastline še vedno "izkoriščajo". Metan je lažji od zraka in se dvigne do 10-12 km. V tem primeru se del molekul metana pod vplivom sončnega sevanja ter atmosferskega kisika in ozona razpade na molekule vode, ki se pod vplivom konvektivnih tokov dvignejo še višje, do 70-80 km. Tam se zgostijo na meteornem prahu in nastanejo žolčni oblaki. Tako znanstveniki verjamejo, da so žolčni oblaki lahko nekakšen pokazatelj prekomernega kopičenja metana in kasnejšega globalno segrevanje zaradi učinka tople grede.

Raziskave žolčnih oblakov so v teku. "Nočni žareči oblaki" ali "polarni mezosferni oblaki", kot jih tudi imenujejo, služijo kot glavni vir informacij o gibanju zračnih mas v zgornji atmosferi, zaradi česar je njihovo preučevanje še bolj nujna in pomembna naloga. Ravno to je cilj, ki mu sledi projekt PoSSUM (Polar Suborbital Science in the Upper Mesosphere), ki ga vodi Jason Raimuller. Raziskovalec pojasnjuje: »Ideja je ustvariti laboratorij za preučevanje žolčnih oblakov. je o prenosnem laboratoriju, ki bi bil nameščen na krovu letala in bi izvajal meritve, ki jih potrebujemo med suborbitalnim letom. Eden najpomembnejših instrumentov v tem laboratoriju je laserski radar. Razprševanje laserskih impulzov z molekulami ozona, dušika, kisika, argona in ogljikovega dioksida, ki so na tej nadmorski višini zelo redki, bo omogočilo spremljanje termodinamičnih procesov, ki se dogajajo v mezosferi. prej v okviru projekta ATREX in od letalo na višini približno 6,5 tisoč metrov.

Nočni oblaki so najvišje tvorbe oblakov v zemeljski atmosferi, ki se pojavljajo na nadmorski višini 70-95 km. Imenujejo jih tudi polarni mezosferni oblaki (PMC) ali žolčni oblaki (NLC). To so lahki prosojni oblaki, ki so včasih vidni na temnem nebu v poletni noči na srednjih in visokih zemljepisnih širinah.

"Ti oblaki so na nočnem nebu močno sijali s čistimi, belimi, srebrnimi žarki, z rahlim modrikastim odtenkom, ki so v neposredni bližini obzorja dobili rumeno, zlato odtenek" - tako Vitold Karlovich TSERASKY opisuje nočne žareče oblake za prvič 12. junija 1885 v Moskvi ...

Žlahtni oblaki nastajajo v zgornjem ozračju, na nadmorski višini 80-90 km in jih osvetljuje sonce, ki je plitvo potonilo pod obzorje (zato jih na severni polobli opazimo na severnem delu neba in v južna polobla na južni). Njihovo oblikovanje zahteva kombinacijo treh dejavnikov: dovolj vodna para; zelo nizka temperatura; prisotnost najmanjših prašnih delcev, na katerih kondenzira vodna para, ki se spremeni v ledene kristale.

Med nastajanjem žlahtnih oblakov so središča kondenzacije vlage verjetno meteoritni prašni delci. Sončna svetloba, razpršena z drobnimi ledenimi kristali, daje oblakom značilno modrikasto modro barvo. Žnožni oblaki zaradi svoje višinske lege žarijo le ponoči in se razpršijo sončna svetloba ki pada nanje izpod obzorja. Čez dan, tudi v ozadju čistega modro nebo ti oblaki niso vidni: zelo so tanki, "eterični". Le globok mrak in nočna tema jih naredita opazovalcu s tal vidne. Res je, s pomočjo opreme, dvignjene na veliko višino, lahko te oblake posnamemo podnevi. Preprosto se je prepričati v osupljivo prosojnost žlahtnih oblakov: zvezde so jasno vidne skozi njih.

Žlahtne oblake lahko opazimo le v poletnih mesecih na severni polobli v obdobju junija-julija, običajno od sredine junija do sredine julija in le na zemljepisne širine od 45 do 70 stopinj, v večini primerov pa jih pogosteje opazimo na zemljepisnih širinah od 55 do 65 stopinj. Na južni polobli jih opazimo konec decembra in januarja na zemljepisnih širinah od 40 do 65 stopinj. V tem letnem času in na teh zemljepisnih širinah Sonce tudi ob polnoči ne zaide zelo globoko pod obzorje, njegovi drseči žarki pa osvetljujejo stratosfero, kjer se na povprečni višini okoli 83 km pojavljajo žolčni oblaki. Praviloma so vidni ne visoko nad obzorjem, na nadmorski višini 3-10 stopinj na severnem delu neba (za opazovalce Severna polobla). Z natančnim opazovanjem jih opazimo vsako leto, vendar ne dosežejo vsako leto visoke svetlosti.

Do zdaj v znanstveni skupnosti ni soglasja o izvoru žlahtnih oblakov. Dejstvo, da je bil ta atmosferski pojav opažen šele leta 1885, je mnoge znanstvenike napeljalo na domnevo, da je njihov pojav povezan z močnim katastrofalnim procesom na Zemlji - izbruhom vulkana Krakatoa v Indoneziji 27. avgusta 1883, ko je bilo okoli 35 milijonov ton vulkanskega prah in ogromna masa vodne pare. Izražene so bile tudi druge hipoteze: meteorna, tehnogena, hipoteza "sončnega dežja" itd. Toda do zdaj je veliko dejstev na tem področju nepopolnih in protislovnih, zato so žolčni oblaki še vedno vznemirljiv problem za mnoge naravoslovce.

"Astronomija za vse" je skupna rubrika ROSCOSMOS-a in Moskovskega planetarija (www.planetarium-moscow.ru). Pripoveduje o Solarni sistem in njenih predmetov, astronomskih pojavov in zanimivih podatkov o brezmejnem prostoru. Spremljajte astronomske novice na uradnih spletnih straneh in straneh ROSCOSMOS-a in Moskovskega planetarija v vseh priljubljenih v družbenih omrežjih(hashtag #AstronomyForAll). Smo ZA popularizacijo astronomije in oživitev zanimanja za znanost!

Še pred nekaj sto leti je bila Zemlja polna neznanega in da bi prebarvali prazne lise, naprej zemljevidi narisal hipotetične aborigine s pasjo glavo in človeškimi obrazi na trebuhu. Od takrat so se skrivnosti na našem planetu zmanjšale. Bolj zanimivi so tisti, ki sodobna znanostše vedno ne morem ugotoviti...

Sergej Sysoev

Polarizacija svetlobe Svetloba je elektromagnetno valovanje. Polarizacija za elektromagnetnih valov- to je pojav smernih nihanj v vektorjih jakosti električnega in magnetnega polja. Linearna polarizacija je poseben primer polarizacije, ko so nihanja vektorja intenzivnosti električno polje ležijo v isti ravnini

Danes se za preučevanje atmosfere široko uporabljajo lidarske naprave (LIDAR, angleško Light Identification, Detection and Ranging), v katerih laser služi kot vir svetlobnega žarka. Majhen del njegovega sevanja, razpršenega v ozračje, se vrne nazaj in ga zajame sprejemnik. To omogoča izračun razdalje od naprave do območja atmosfere, ki je razpršila signal od trenutka prihoda odbitega signala. Slika prikazuje lidar observatorija Pierre Auger (Argentina)

Na diagramu je jasno prikazano načelo delovanja lidarske instalacije. Žal ima metoda nepremostljivo omejitev: zahteva jasno nebo - v gostih oblakih se laserski žarek skoraj popolnoma izgubi.

Nočni oblaki nastanejo na nadmorski višini okoli 80 km, na območju, ki meji med mezo- in termosfero - tako imenovana mezopavza. Mezosfera je hladna - temperatura v njej pade na -150 ° C. Za termosfero je značilno zelo visoke temperature- zrak (če lahko tako poimenujemo to pošastno redko snov) se pod vplivom sončnega sevanja včasih segreje do 1500 K. Koncentracija molekul plina v termosferi je tako majhna, da običajni mehanizmi za prenos toplotne energije praktično ne delujejo, in edini način za hlajenje je oddajanje energije. V tako težkih razmerah "živijo" žolčni oblaki

Razlog, zakaj so žolčni oblaki opaženi ponoči in ne podnevi, je razviden iz zgornjega diagrama. Medtem ko je opazovalec še v "nočnem območju", se v osončeno območje spuščajo žolčni oblaki; Žnožni oblaki "ljubijo" ne samo noč, ampak poletno noč. Razlog je preprost. Nenavadno je, da se zgornja mezosfera poleti najbolj ohladi: kriva je dinamika zračnih tokov v atmosferi. Tudi s kristalizacijskimi centri ni težav – navsezadnje so v mezosferi dejansko prisotni mikrodelci meteornega izvora.

Junija 1885 je več evropskih astronomov v nekajdnevnem intervalu opazilo nenavaden pojav: čudne oblake prej nevidne strukture, ki so žareli zvečer ali zgodaj v mraku, ko je bilo Sonce pod obzorjem. V Nemčiji sta ta pojav opazovala astronoma Otto Jesse in Thomas William Backhouse, v Avstro-Ogrski - Vaclav Laska, v Rusiji - Vitold Karlovich Cerasky. Ker so bila vsa prva opazovanja opravljena neodvisno drug od drugega, bi bilo nepošteno, da bi odkrila katero koli osebo. Jesse in Cerasky sta novemu pojavu posvetila najresnejšo pozornost. Slednjemu je uspelo s sprejemljivo natančnostjo določiti višino novih oblakov nad zemeljsko površino - približno 75 verst. Bil je prvi, ki je ugotovil zanemarljivo optično gostoto oblakov - sijaj zvezd, ki so jih "pokrili", skoraj ni izgubil moči! Jesse je naredil tudi ustrezne meritve, vendar nekoliko manj natančno. A prav on si je izmislil ime, ki je od takrat razširjeno - "nočni oblaki". V angleški literaturi se ta pojav običajno imenuje noctilucent clouds ali (zlasti v materialih NASA) polarni mezosferni oblaki - PMC.

Pogoji obstoja

Do konca 19. stoletja je bilo v Evropi veliko astronomov, ki so redno opazovali svod. Nobeden od njih do poletja 1885 ni opisal ničesar podobnega žolčastim oblakom. Morda opazovanja oblakov v znanstveni zgodovini zaradi trivialnosti niso bila zabeležena? Toda isti Vitold Tserasky do leta 1885 se je približno deset let ukvarjal s fotometrijo somračnega neba. Ta mukotrpna naloga je zahtevala veliko pozornosti vsakemu oblaku, ki bi lahko popačil podatke. Tserasky je zapisal: "Precej težko bi mi bilo, da ne bi opazil pojava, ki včasih pokriva nič več kot celoten svod." Enakega mnenja je bil Otto Jesse. Zato bomo izhajali iz dejstva, da žolčnih oblakov v resnici nismo opazili do poletja 1885 in verjetno tudi niso obstajali. Seveda so bili zelo kmalu poskusi razložiti novost narave. Najbolj logična razlaga se je v tistem trenutku zdela katastrofalni izbruh vulkana Krakatoa na ozemlju sodobne Indonezije, ki je povzročil močna eksplozija dobesedno odpihnil cel otok v zrak. Obstajale so tudi druge teorije - obravnavali jih bomo spodaj. Toda preden govorimo o samih žolčnih oblakih, je vredno biti pozoren na pogoje, v katerih obstajajo.

Zemljina atmosfera je kompleksen objekt, za katerega so značilni različni pogoji... Glede na višino ga običajno delimo na troposfero (do 10 km), stratosfero (10-50 km), mezosfero (50-85 km), termosfero in eksosfero. Na območju, ki meji na mezo- in termosfero, nastanejo žolčni oblaki - tako imenovana mezopavza.

Fizične razmere nad in pod mezopavzo se razlikujejo. Mezosfera je hladna - temperatura v njej pade na -150 ° C. Za termosfero, nasprotno, so značilne zelo visoke temperature - zrak se pod vplivom sončnega sevanja včasih segreje do 1500K. Koncentracija molekul plina v termosferi je tako nizka, da običajni mehanizmi za prenos toplotne energije ne delujejo, hlajenje pa je edini način sevanja energije.

Zdaj pa si predstavljajte, kakšni oblaki se lahko pojavijo v tako "ostrih" razmerah? Navadni cirokumulusni oblaki "živijo" v troposferi, na nadmorski višini 5-6 km, in predstavljajo nekaj podobnega vodni megli. Oblak, ki lahko nastane na višini 70 km, lahko primerjamo z osebo, ki se je prilagodila obstoju brez zaščitne opreme, na primer na Jupitru ...

od kod so prišli?

Zgoraj smo omenili vulkansko hipotezo o nastanku žlahtnih oblakov, ki jo je predlagal nemški fizik Friedrich Kohlrausch v konec XIX stoletja. Žal so kasnejše študije pokazale, da so lastnosti oblakov in lastnosti vulkanskih aerosolov, suspendiranih v ozračju, zelo različne.

V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je raziskovalec meteoritov Leonid Kulik predlagal hipotezo o meteorskem izvoru žolčnih oblakov - po njej so sestavljeni iz najmanjših delcev meteoritne snovi, razpršene v zgornji atmosferi. Dejansko so študije mezosfere z meteorološkimi raketami v šestdesetih letih prejšnjega stoletja pokazale, da žolčni oblaki vsebujejo določeno količino snovi očitno meteorskega izvora. Toda znanstveni mainstream je bil takrat že druga teorija - kondenzacijska teorija, katere začetek je postavil sovjetski fizik Ivan Andrejevič Khvostikov.

Pomembna značilnost žolčnih oblakov je, da jih iz leta v leto opazujemo na enakih nadmorskih višinah (približno 80 km), enakih zemljepisnih širinah (50-70 stopinj) in samo poleti, vsa ta pravila pa upoštevamo tudi na severu, in na južni polobli. Niti vulkanske niti meteorne hipoteze niso mogle pojasniti teh dejstev. Kondenzacijska različica predvideva, da so žlahtni oblaki sestavljeni iz drobnih ledenih kristalov, zamrznjenih na delce aerosola. Območje pojavljanja teh nanosponk je na nadmorski višini približno 90 km, od tam pa se pod vplivom gravitacije postopoma spuščajo navzdol in se povečujejo. Na višini približno 85 km postanejo njihove kopice vidne ob mraku s sončno osvetlitvijo od spodaj - pojavijo se oblaki. Za nastanek takšnih ledenih plošč so potrebni vsaj trije pogoji: nizka temperatura, zadostna vlažnost in prisotnost kristalizacijskih centrov.

Največja težava je vlaga. Zgornji kilometri mezosfere so na kopnem Sahare - vode je tam zanemarljivo malo in tja prihaja predvsem iz dveh virov. To je, prvič, vodna para od spodaj, in drugič, uničenje molekul metana pod vplivom sončnega ultravijoličnega sevanja, po katerem nastane voda s sodelovanjem atmosferskega kisika. Težava je v tem, da molekule vode razpadejo tudi pod vplivom sončnega sevanja – njihova povprečna življenjska doba v mezopavzi se izračuna v nekaj dneh. Zaenkrat še ni povsem jasno, pod kakšnimi pogoji in ob katerem času v mezopavzi je mogoče zbrati zadostno količino vode, zato ob vsej verodostojnosti kondenzacijske različice vprašanje še zdaleč ni zaprto.

Študijska orodja

Preučevanje žolčnih oblakov ni enostavno. Zrak nad stratosfero je tako redek, da v njem ne moreta ostati niti letalo niti balon; edino letalo, ki lahko doseže takšne višine, je raketa. To ustvarja precejšnje nevšečnosti za raziskovalce: raketa, ki leti z veliko hitrostjo, je v preučevanem območju nekaj sekund in ima zelo omejen stik z okoljem. Njegov zagon ni mogoč od vsepovsod in je precej drag.

V prvi polovici 20. stoletja je bilo predlagano uporabo optičnega sondiranja za preučevanje atmosfere. Sprva je bil za to uporabljen močan reflektor. Opaženo sipanje svetlobnega snopa je dalo informacije o sestavi in stanju zračnih mas. V ZDA so sondiranje reflektorjev uporabljali predvsem za določanje gostote in temperature zraka, v ZSSR je za pomembno nalogo veljalo tudi preučevanje atmosferskih aerosolov, za kar je bil polariziran žarek reflektorja in nato porazdelitev polarizacije z višino študiral. Seveda reflektor kot vir svetlobe ni bil zelo priročen - zvočni strop nikoli ni presegel 70 km.

Od šestdesetih let prejšnjega stoletja se za preučevanje atmosfere vse pogosteje uporabljajo tako imenovane lidarske instalacije, v katerih je vir svetlobnega žarka laser. Majhen del njegovega sevanja, razpršenega v ozračje, se vrne nazaj in ga zajame sprejemnik. Lasersko sevanje koherentno, lahko njegovo valovno dolžino in polarizacijo določimo z veliko natančnostjo. Laserski žarek se lahko oddaja za določeno časovno obdobje z visoko natančnostjo. S tem nastavite dolžino svetlobnega snopa. To omogoča, da čas prihoda odbitega signala izračuna razdaljo od naprave do območja atmosfere, ki je signal razpršila, z natančnostjo več metrov. No, značilnosti odbitega (razpršenega) sevanja nosijo informacije o mediju, od katerega se je odbilo.

Drugo pomembno orodje je preučevanje polarizacije svetlobe. Dejstvo, da je sončna svetloba, ki jo vidimo, polarizirana, je odkril François Arago že leta 1809, ugotovil je tudi, da je največja polarizacija na kotni razdalji 90 stopinj od Sonca. Na stopnjo polarizacije svetlobe vplivajo lastnosti medija, po katerem je razpršena. Metoda temelji na tem. Posebej izjemno je, da ob mraku, ko Sonce pod obzorjem osvetli zemeljsko atmosfero od spodaj, daje polarimetrija podatke o lastnostih določene plasti zraka, ki je v tem trenutku najsvetleje osvetljena. Tako lahko z merjenjem polarizacije med mrakom dobimo porazdelitev lastnosti po višini.

Z začetkom vesoljska doba na dnevnem redu je bilo vprašanje, da je iz vesolja mogoče opazovati žolčne oblake. Prva naprava, ustvarjena posebej za preučevanje mezosfere in žolčnih oblakov, je bil ameriški satelit AIM (The Aeronomy of Ice in the Mesosphere), izstreljen leta 2007 in še vedno deluje v orbiti.

... in tunguški meteorit

Večina slaven primer množično opazovanje žolčnih oblakov je potekalo poleti 1908, takoj po padcu meteorita Tunguska in, logično je domnevati, v povezavi z njim. Skoraj po vsej Evropi so zaradi svetlečih oblakov prišle »bele noči« – tudi tam, kjer zanje še nihče ni slišal. Očividci so se spominjali, da je bilo sredi noči dovolj svetlobe za branje časopisa. Na žalost ni bilo opravljenih skoraj nobenih zanesljivih instrumentalnih meritev, sodobne ocene pa se močno razlikujejo - osvetljenost teh noči je ocenjena na 10-8000-krat večjo od naravnega ozadja.

Sodobniki praviloma niso povezovali nenavadnih oblakov z meteoritom Tunguska, saj niso vedeli za njegov obstoj. Že samo dejstvo padca nekaterih nebesno telo nekje notri provinca Yenisei je bil znan - poskušali so ga celo iskati, a pravi obseg dogajanja so znanstveniki lahko ocenili šele dve desetletji pozneje. Poleg tega ravno na teh mestih atmosferskih anomalij, vsaj očitnih, niso opazili. Nočno razsvetljavo so razlagali z vulkanizmom, ki je takrat zvenelo verjetno.

Z vidika današnjih idej so žolčni oblaki poletja 1908 vseeno bolj povezani s Tungusko – a kako? Čeprav obstaja okoli sto različic tega, kar se je zgodilo leta 1908, so znanstveniki najbolj zaupali dvema: meteoritu in kometu. Meteorit naleti na temeljni problem- kam je šel kamenček? Zdi se, da je komet v vseh pogledih boljši, vendar je pojav žlahtnih oblakov v njegovem okviru težko razložiti. Snov, razpršena v ozračje, bi morala odleteti iz Vanavare proti vzhodu, v Vladivostoku in Tokiu pa bi bili vidni žolčni oblaki - vendar se ni zgodilo nič takega. Poleg tega velikost kometne "avre" doseže več sto tisoč, včasih pa celo milijone kilometrov. Ko se Zemlji približuje približno iz smeri Sonca, bi repati gost moral nekaj dni pred padcem pršiti v ozračje, vrtenje Zemlje pa bi na povsem naraven način vso snov enakomerno razporedilo po obodu.

Tako se izkaže, da je skrivnostno pojav tunguske znatno poveča število vprašanj za žlahtne oblake. 125 let po tem, ko je docent Vitold Karlovič Tserasky zjutraj videl nenavadne oblake na nebu, še vedno ne moremo z gotovostjo trditi, da razumemo, od kod in kako so prišli.

MOSKVA, 20. junija - RIA Novosti. Fenomen pojava tako imenovanih žolčnih oblakov v zgornjih plasteh zemeljske atmosfere je lahko povezan s starodavnim izbruhom vulkana Krakatau, navaja skupno poročilo Roscosmosa in Moskovskega planetarija.

Nočni oblaki so najvišje tvorbe oblakov v zemeljski atmosferi, ki se pojavljajo na nadmorski višini 70-95 kilometrov. Imenujejo jih tudi polarni mezosferni oblaki (PMC) ali žolčni oblaki (NLC). To so lahki prosojni oblaki, ki so včasih vidni na temnem nebu v poletni noči na srednjih in visokih zemljepisnih širinah.

"Dejstvo, da je bil ta atmosferski pojav opažen šele leta 1885, je mnoge znanstvenike napeljalo na domnevo, da je njihov pojav povezan z močnim katastrofalnim procesom na Zemlji - izbruhom vulkana Krakatoa v Indoneziji 27. avgusta 1883, ko je bilo okoli 35 milijonov ton izbruha. izpuščen v ozračje. vulkanski prah in ogromna masa vodne pare. Izražene so bile tudi druge hipoteze: meteorna, tehnogena, hipoteza »sončnega dežja.« Toda do zdaj je veliko dejstev na tem področju nepopolnih in nasprotujočih si, zato se žnobni oblaki nadaljujejo. biti vznemirljiv problem za mnoge naravoslovce,« je zapisano v sporočilu.

Kako nastanejo žlahtni oblaki

V zgornjem ozračju na nadmorski višini okoli 90 kilometrov nastajajo žolčni oblaki, ki jih osvetljuje sonce, ki je plitvo potonilo pod obzorje (zato jih na severni polobli opazimo na severnem delu neba in v južna polobla na južni). Za njihovo tvorbo je potrebna kombinacija treh dejavnikov: zadostna količina vodne pare, zelo nizka temperatura, prisotnost najmanjših prašnih delcev, na katerih se vodna para kondenzira in se spremeni v ledene kristale.

"Ko nastanejo žlahtni oblaki, so središča kondenzacije vlage verjetno meteoritni prašni delci. Sončna svetloba, ki jo razpršijo drobni ledeni kristalčki, daje oblakom značilno modrikasto modro barvo. Žnobni oblaki zaradi svoje nadmorske višine svetijo le ponoči, podnevi razpršijo sončno svetlobo. , tudi na ozadju jasnega modrega neba ti oblaki niso vidni: zelo so tanki, "eterični." Le globok mrak in nočna tema jih naredita opazovalcu s tal vidne. Res je, s pomočjo opreme, dvignjene na velike višine, lahko te oblake zabeležimo podnevi. Z lahkoto se je prepričati o neverjetni prosojnosti žolčnih oblakov: skozi njih so zvezde odlično vidne," ugotavljajo raziskovalci.

Nočni oblaki na severni polobli

Žlahtne oblake lahko opazimo le v poletnih mesecih na severni polobli junija-julija, običajno od sredine junija do sredine julija in le na zemljepisnih širinah od 45 do 70 stopinj, v večini primerov pa jih pogosteje opazimo na zemljepisnih širinah. od 55 do 65 stopinj. Na južni polobli jih opazimo konec decembra in januarja na zemljepisnih širinah od 40 do 65 stopinj. V tem letnem času in na teh zemljepisnih širinah se Sonce niti ob polnoči ne potopi zelo globoko pod obzorje, njegovi drseči žarki pa osvetljujejo stratosfero, kjer se na povprečni višini okoli 83 kilometrov pojavljajo žolčni oblaki. Praviloma so vidni ne visoko nad obzorjem, na nadmorski višini 3-10 stopinj na severnem delu neba (za opazovalce severne poloble). Z natančnim opazovanjem jih opazimo vsako leto, vendar ne dosežejo vsako leto visoke svetlosti.