CC BY
54
СЕРЕБРИСТЫЕ ОБЛАКА: ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ. ИЗУЧЕНИЕ ПРИМЕРА АНТРОПОГЕННОГО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОБЛАЧНОГО ПОЛЯ
© Солодовник А.А.*, Журавлёв П.Л.*
Северо-Казахстанский государственный университет, Республика Казахстан, г. Петропавловск
В рамках концепции о влиянии тропосферных процессов на образование полей серебристых облаков изучен феномен регистрации МСО 22 мая 2012 года. Показано, что метеорологические условия на момент наблюдения не благоприятствовали возникновению мезосферных облаков и факт их появления может быть объяснен антропогенным воздействием.
Ключевые слова МСО, метеорология, антропогенный фактор.
Исследование серебристых облаков - очень своеобразное направление астрономических изысканий. В наши дни связь этого чисто атмосферного феномена с действием космических факторов очевидна и потому к его изучению применим широкий спектр астрономических знаний и методов. В Се-веро-Казахстанском госуниверситете исследования мезосферных серебристых облаков (в дальнейшем - МСО) имеют почти двадцатилетнюю историю. В постановке этих работ наиболее интересной и перспективной нам представлялась проблема происхождения этих атмосферных образований.
В 2005 году А.А. Солодовником была выдвинута гипотеза о возможности формирования серебристых облаков благодаря, в частности, транспортировке водяных паров из тропосферы в мезосферу высотными электрическими разрядами [1]. Это явление, открытое в 90-е годы прошлого века до сих пор малоизученно с физической точки зрения. Известны их различные типы (самый эффектный получил название «спрайты»). К настоящему времени оценена энергетика и высотная протяженность разрядов. По этим параметрам они вполне подходят на роль переносчиков водяного пара от вершин грозовых облаков на высоты порядка 80 км [2]. Некоторое подкрепление гипотеза получила по итогам сопоставления данных о появлении серебристых облаков и развитии метеорологических процессов в нижележащем слое атмосферы. Было показано [3], что появление серебристых облаков коррелирует с фронтогенезом и грозовыми явлениями в тропосфере. На основе такого подхода развит и успешно работает метод прогнозирования появления серебристых облаков, который прекрасно оправдал себя в сезоны 20102012 года.
* Доцент астрономии кафедры «Физика», кандидат физико-математических наук.
* Магистрант.
Имеется пять снимков сумеречного сегмента и серебристых облаков (два из которых представлены на рис. 1), полученных с борта самолета, следовавшего рейсом «Москва-Омск» ночью 22 мая 2009 года (высота 10500 метров). Внимание пассажиров на эффектное зрелище обратил командир воздушного судна. Моменты получения изображений определены по данным, сопровождающим файлы.
Рис. 1. «Кольцеобразные» серебристые облака в начале наблюдений (слева) и те же облака через 5 минут (использована трансфокация справа)
На снимках отчётливо выделяется сумеречный сегмент ночного неба и видимый горизонт, а также необычной формы серебристые облака. Снимки различаются величиной трансфокации объектива камеры, поэтому не следует спешить с выводом о бурной динамике облачного поля. Это тем более важно, что движение облаков сочеталось с движением самолёта, который за 5 минут между снимками пролетел около 70 км, что не могло не повлиять на изменение вида облачности. Зная время вылета и приземления, а также время получения снимков, мы методом ортодромии, определили приближенные координаты точки съёмки: 57.5° северной широты (с ошибкой около 0.25°) и 49° восточной долготы (с ошибкой около 0.5°). Соответствующая точка на карте находится примерно в 150 км к юго-юго-западу от города Вятка (РФ) вблизи города Советск (он виден на рис. 1 как протяженный источник света).
Дальнейший анализ связан с определением положения территории, над которой находятся серебристые облака. Решение этой задачи требует построения проекций полей серебристых облаков на земную поверхность [4], что обычно делается для снимков, полученных с поверхности Земли. Для этого на них должны быть изображения звёзд. На рис. 1 уверенно различима звезда над «вершиной» сумеречного сегмента. Расчёты позволили заключить, что это a Per (Мирфак). Её азимут и высота на момент съёмки составили 200°11' и 20°18' соответственно при наблюдении с земли. Высота относительно истинного горизонта будет такой же и при наблюдении с самолёта. Но уровень видимого горизонта будет лежать на 3°17' ниже истинного горизонта. Учтя это, мы определили угловой масштаб снимка, и на-
шли, что верхняя облачная дуга на рисунке 1 находилась на высоте примерно 11°48' относительно видимого горизонта. Приняв среднюю высоту серебристых облаков равной 84.5 км [5], удаление (в проекции на поверхность Земли) облака от точки надира самолёта, мы оценили величиной около 400 км. Таким образом, было найдено, что ближайшая часть облачного поля лежит примерно в 100 км южнее города Сыктывкара, а само поле облачности расположено над окрестностями города. При этом облака имеют странную кольцеобразную форму, не упоминаемую в морфологической классификации МСО.
С помощью программы для построения проекций облачных полей на земную поверхность, форма облаков была уточнена. Результат обработки представлен на рис. 2. Здесь на географическую карту спроектированы наблюдавшиеся облака, которые, в самом деле, имеют кольцевую форму. Отчётливо выделяются не менее 5 кольцевых структур размерами от 50 до 80 километров.
42° Советск 54°
Рис. 2. Проекция исследуемых облачных полей на земную поверхность.
Сверху исходное изображение
Необычный вид облачных полей и их ранее появление на низких широтах с неизбежностью ставит вопрос о причинах их возникновения.
Следуя концепции о связи МСО с тропосферными явлениями, мы задались вопросом о возможной связи наблюдавшихся МСО с высотными разрядами и атмосферными фронтами. Известно, что высотные разряды совершенно не похожи на ленточные молнии ни структурно, ни масштабами выделения энергии.
К сожалению, наука не располагает достоверными данными о свойствах таких разрядов [6], что связано с общими проблемами исследования этого недавно открытого феномена. Но есть основания поставить ряд вопросов, лежащих в основе гипотезы о связи МСО с высотными электрическими разрядами. Первый связан с их энергетикой. Нужно знать, достаточна ли их энергия (точнее плотность энергии) для эффективной транспортировки водяных паров в мезосферу? Отчасти ответ на этот вопрос дан в одной из ранних наших работ [7].
Второй вопрос обращен к морфологии высотных разрядов. Видно, что облака имеют кольцевую форму при диаметрах в десятки километров. Следовательно, их источник должен обладать свойством круговой симметрии. В этом контексте перспективными кандидатами могут быть разряды типа спрайтов. Аналогией их структуры служит воронка, расширяющаяся к ме-зосфере. Кроме того спрайты обладают и наибольшей общей энергией разряда - до 1012 Дж [6].
Наконец, важнейший вопрос связан с возможностью образования разряда в приполярных широтах, над материковой или водной поверхностью. Анализ наиболее полных публикаций [8, 9] позволил выявить, что спрайты являются самыми частыми из всех высотных разрядов по встречаемости. Действительно грозы привязаны к летнему сезону, а летом в высоких широтах ночей либо нет, либо они коротки. Дневные спрайты пока что не научились наблюдать. Таким образом, малая изученность явлений позволяет нам не исключать возможность появления спрайтов или иного типа разрядов и в интересующей нас высокоширотной области.
Изучив содержание синоптических карт, мы установили факт прохождения ярко выраженного холодного фронта в районе Сыктывкара. Метеорологические источники информации при этом не зафиксировали в тропосфере региона грозовых явлений [10].
Таким образом, незадолго до возникновения исследуемых МСО в регионе не отмечено метеоусловий, способствующих их появлению согласно принятой гипотезе.
Решение вопроса пришло при обсуждении данной статьи в отделе физики верхней атмосферы Института Физики Атмосферы РАН. Сотрудники отдела обратили наше внимание на то, что согласно имеющимся у них данным незадолго до появления описываемых облаков с космодрома Плесецк 21 мая в 21.53.53 всемирного времени был осуществлен запуск ракеты «Союз» с военным спутником «Меридиан». Полет ракеты и связанные с ним эффекты успешно наблюдались в ряде пунктов северо-западной части России. Выброс ракетными двигателями около 500 кг водяных паров в области мезопау-зы с ее экстремально низкой температурой и привел к образованию МСО
Впоследствии их отметили около десятка наблюдателей в разных странах. В том числе и пассажиры авиалайнера, которые, как и мы, не располагали сведениями о запуске «Союза». Казалось бы, можно поставить точку.
Но весьма интересно, что и единичный высотный разряд может приносить в мезосферу сотни килограммов водяного пара. Очень интересна морфология образовавшихся облаков - из точечного источника образуются кольцевые облака. Это может составить тему отдельного исследования, результаты которого позволят оценить некоторые параметры мезопаузы.
Интересно и то, что образовавшиеся над Россией кольцевые облака, в западной Европе наблюдались уже в виде полос. В этой связи мы хотели бы отметить различие морфологических типов МСО, наблюдавшихся над Европой и над Западной Сибирью.
Список литературы:
1. Солодовник А.А. Атмосферное электричество и происхождение серебристых облаков // Земля и Вселенная. - 2007. - № 6.
2. Солодовник А.А. Атмосферное электричество и серебристые облака -интеллектуальный продукт № 0806РК00107 от 08.01.07.
3. Солодовник А.А., Кудабаева Д.А., Сартин С.А., Бельченко В.Н. Метеорологические процессы в тропосфере Земли и происхождение серебристых облаков // Вестник Актюбинского государственного педагогического института. - 2010. - № 1. - С. 109-114.
4. Солодовник А.А., Сартин С.А., Пустовалов А.В., Журавлёв П.Л Географическое положение полей серебристых облаков в сезон лето 2006 // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Козыба-евские чтения». - Петропавловск, СКГУ, 2006. - С. 153-155.
5. Lübken F.-J., Baumgarten I.G, Fiedler I.J., Gerding I.M., Hóffner I.J., Berger U. Seasonal and latitudinal variation of noctilucent cloud altitudes // GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS. - VOL. 35, L06801, doi:10.1029/2007 GL032281, 2008.
6. Бекряев В.И. Молнии, спрайты и джеты. монография. - СПб.: Изд. РГГМУ, 2009. - 96 с.
7. Солодовник А.А., Лазарев С.В. Метеорологические явления в тропосфере и проблема происхождения серебристых облаков.- Петропавловск, 2007, ЦНТИ, с.17.
8. Taranenko Y.N. et al. The interaction with lower ionosphere electromagnetic pulses from lighting excitation of optical emissions // Geophys. Res. Lett. -1993. - Vol. 20. - P. 2675-2670.
9. Арамян А.Р., Галечян Г.А., Арутюнян Г.Г., Манукян Г.В., Мангаса-рян Н.Р. О красном спрайте и голубом джете в верхней атмосфере / Институт Прикладных Проблем Физики НАН Армении // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ. - 2005. - № 9 (29).
10. Архив метеоданных [Электронный ресурс]. - Режим доступа: meteo-center.net.
