Там космический холод. Раскрыты неожиданные секреты серебристых облаков

Каждое лето жители России могут наблюдать необычное атмосферное явление — серебристые облака. В этом году пик их видимости придётся на конец июня — начало июля.

Эксперт в области астрономии Пермского Политеха Евгений Бурмистров рассказывает aif.ru, откуда берутся эти облака, в чём их уникальность и какую любопытную закономерность удалось обнаружить учёным.

На границе с космосом

Серебристые облака кардинально отличаются от привычных облаков, которые мы видим практически каждый день. Те плывут на высоте до 10–15 километров. А серебристые возникают почти на границе с космосом, на отметке 80 километров и выше. Выглядят они как светящиеся бледно-голубые полосы или волны. И состоят из микроскопических ледяных кристаллов, намерзающих на частицы метеорной пыли.

«Эти облака зарождаются в мезосфере, где царит космический холод: там температура падает до –120°C. Её снижение вызвано двумя факторами. С одной стороны, восходящие воздушные потоки выталкивают вверх тёплые массы, но при подъёме газ расширяется и охлаждается. С другой стороны, воздух там настолько разрежен, что не способен удерживать тепло — оно уходит в космос. Когда наступает зима, воздушные потоки перестраиваются, этот слой атмосферы начинает прогреваться, и условия для появления облаков исчезают», — рассказывает Евгений Бурмистров.

География наблюдений влияет на зрелищность. В умеренных и высоких широтах (Москва, Санкт-Петербург, Урал, регионы Сибири) это явление хорошо заметно именно в середине календарного лета. Пик видимости попадает на стык июня и июля, а лучшее время для наблюдений — через полчаса-час после того, как солнце скрылось за горизонтом. Либо такой же временной интервал до рассвета.

Космическая вода из земного метана

Парадоксальный источник воды для кристаллов для серебристых облаков — газ метан. Его активно поставляют в атмосферу заболоченные территории, полигоны твёрдых бытовых отходов, залитые водой рисовые поля и крупный рогатый скот (бактерии в пищеварительном тракте коров и овец выделяют этот газ в больших объёмах). Поднимаясь, метан добирается до холодных разряженных слоёв, где солнечный ультрафиолет расщепляет его молекулы. Итогом химических реакций становится вода, которая тут же обращается в лед.

Но почему метан является парадоксальным источником?

«У поверхности Земли он работает как классический парниковый газ, удерживая отдачу тепла в космос, — объясняет Евгений Бурмистров. — Но на уровне мезосферы возникает обратный эффект — метан способствует утечке инфракрасного излучения в космос. Таким образом, он не только поставляет воду в верхние слои атмосферы, но и создаёт холод, необходимый для формирования облаков.

Кстати, за последние полтора века концентрация метана в атмосфере заметно увеличилась, и орбитальные аппараты зафиксировали прямую связь: серебристые облака стали появляться чаще и светиться интенсивнее. Поэтому исследователи рассматривают их как природный маркер уровня этого газа».

Пульсация в ритме вращения Солнца

Ледяные частицы, парящие в составе серебристых облаков, имеют чрезвычайно маленькие размеры — от 30 до 100 нанометров. Это приблизительно в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Диаметр отдельной крупинки сравним с длиной световой волны величиной в несколько стотысячных долей миллиметра.

«Когда солнечный свет достигает столь малых частиц, возникает рэлеевское рассеяние: кристаллы отклоняют короткие синие и голубые лучи намного сильнее, чем длинные красные. Поэтому человеческий глаз видит излучение облаков как холодное, серебристо-голубое. Стоит ледяным крупицам укрупниться хотя бы на порядок, рассеяние станет равномерным, и мы увидим вместо характерного сияния белесое образование», — комментирует учёный Пермского Политеха.

Вот ещё один интересный факт. Спутник AIM, проводящий мониторинг мезосферы, выявил интригующую периодичность: оказывается, частота возникновения и степень яркости серебристых облаков колеблются в цикле около 27 суток. Этот период очень близок к тому, с которым Солнце оборачивается вокруг своей оси.

«На видимом диске звезды есть зоны повышенной активности — горячие области. Особенно выделяется очень узкая линия — Лайман-альфа, она обладает колоссальной энергией. Когда она обращена в сторону нашей планеты, в мезосферу попадает больше ультрафиолета. Он запускает фотодиссоциацию — разрушение молекул воды. Тогда влаги становится меньше, и серебристые облака тускнеют», — раскрывает этот механизм Евгений Бурмистров.

Вдобавок к короткому 27-дневному циклу на облачность влияет глобальный 11-летний цикл звезды: в периоды спокойного Солнца, когда на нём минимум пятен и вспышечной активности, серебристые облака становятся гуще и насыщеннее.

Роковой градус

Воздушная среда, где образуются серебристые облака, практически не содержит водяного пара. Это одно из самых обезвоженных мест на Земле. Если сравнивать одинаковые объёмы воздуха, то в мезосфере влаги содержится примерно в 100 миллионов раз меньше, чем в приземной тропосфере.

Трудно поверить, но воздух над Сахарой в десятки тысяч раз богаче влагой, чем высотный слой мезосферы в разгар лета.

«Парадокс в том, что грандиозные поля льда рождаются в сверхсухой среде. Разгадка — в экстремальных минусовых температурах до –120°C. В условиях предельного разрежения на этих высотах воздух не держит тепло. И даже мизерное содержание водяного пара становится избыточным – из газа он переходит в лёд. Так в почти сухой, безводной среде возникают гигантские облачные гряды, растягивающиеся на тысячи километров», — поясняет учёный Пермского Политеха.

При температурах, характерных для летней мезосферы, равновесие между невидимым паром и льдом чрезвычайно хрупко. Понижение температуры всего на один градус приводит к тому, что предельное количество пара, которое ещё может оставаться газом, снизилось на десятки процентов.

«Малейшее похолодание мгновенно перенасыщает пространство влагой, — комментирует Евгений Бурмистров. — Излишки кристаллизуются в лёд. Буквально за несколько минут наблюдатель видит, как в небе разворачивается обширное поле серебристых облаков. С той же скоростью облака способны исчезнуть, если температура чуть поднимется. Именно эта аномальная чувствительность к колебаниям температуры объясняет мимолетную природу явления».