120-летие серебристых облаков

[vitrom]

Как и в других сферах, в науке принято отмечать юбилеи. Они, как правило, привязаны к круглым датам выдающихся ученых, учреждению организаций, времени великих открытий или изобретений. Юбилей, о котором пойдет речь, необычный. Похоже, что 120 лет назад было сделано открытие природного явления, которого раньше просто не было. Летом 1885 года впервые были обнаружены ночные светящиеся облака.
Эти необычные облака были открыты совершенно неожиданно и повсеместно на средних широтах целого ряда стран Европы. Так, 8 июня 1885 года их наблюдал в Германии Т. Бакгауз, 10 июня в Чехии В. Ласка, начиная с 12 июня в России В.К. Цераский, 23 июня в Эстонии Э. Гартвиг, 23, 24, 30 июня и во многие ночи июля опять в Германии О. Иессе.
Серебристые облака (С.О.) образуются на очень больших высотах 80-85 км и представляют собой самые высокие облака в нашей земной атмосфере. Эти облака появляются только ночью со второй половины мая до середины августа. Их можно наблюдать в северном и южном полушарии, но в достаточно ограниченном широтном поясе от 50° до 70°. Такое выразительное название облака получили не случайно: их цвет действительно серебристый, и они могут быть легко различимы на фоне сумеречного сегмента неба. По форме серебристые облака напоминают перистые. Благодаря тому, что С.О. находятся очень высоко над землей, они рассеивают солнечный свет и остаются видимыми в течение ночи, тогда как все другие типы облаков имеют темно-серый цвет (или совсем не заметны), поскольку не освещаются Солнцем в ночное время. Международное название Noctilucent clouds, "ночные светящиеся облака", наиболее точно отвечает их внешнему виду. В России, в силу исторических причин,  такие облака принято называть более романтично - серебристые.
Уже в течение ста двадцати лет серебристые облака наблюдаются на летнем сумеречном небе в области широт 50-70º. Хотя за это время о них удалось узнать довольно многое, вопросы, в том числе и ключевые, до сих пор остаются открытыми. Пожалуй, наиболее важный, и в то же время наиболее трудный из них, - что же случилось с атмосферой Земли в 1885 году? Почему серебристые облака не появлялись до этого, а после этого наблюдались почти каждый летний сезон? В этом смысле возникновение феномена серебристых облаков 120 лет назад можно считать примером глобальной (охватившей оба полушария) экологической катастрофы, разделившей историю «до того» и «после того».
Были ли в истории нашей планеты другие примеры глобальных катастроф, за которыми пока что не последовала реставрация прежнего состояния? Безусловно. Вспоминаются сразу же возникновение жизни, образование кислородной атмосферы, превращение Сахары и других низкоширотных территорий в пустыни… Серебристые облака показывают нам, что эволюция продолжается, и заставляют лишний раз задуматься, что нас ждет впереди.
Первые наблюдения СО в России выполненные В.К. Цераским можно посмотреть :http://www.tunguska.ru/nc/stat/cer/

[ched]

Очень странно. Интересно, а что же все-таки случилось летом 1885 года?

[dims]

что же случилось с атмосферой Земли в 1885 году? Почему серебристые облака не появлялись до этого, а после этого наблюдались почти каждый летний сезон? В этом смысле возникновение феномена серебристых облаков 120 лет назад можно считать примером глобальной (охватившей оба полушария) экологической катастрофы, разделившей историю «до того» и «после того».

А что, достоверно установлено, что до этой даты серебристых облаков никогда не было?

Не является ли более разумным предположение, что произошёл некий всплеск их интенсивности, возможно, совершенно незначительный, но просто обративший на них человеческое внимание?

[vitrom]

Вот один из разделов статьи "120 лет исследования серебристых облаков" авторы Далин П.А., Перцев Н.Н., Ромейко В.А. , которая в ближайшее время будет опубликована в журнале "Природа".

Открытие серебристых облаков и первые достижения

Эти необычные облака были обнаружены совершенно неожиданно и повсеместно на средних широтах целого ряда стран Европы. Так, 8 июня 1885 года их наблюдал в Германии Т. Бакгауз, 10 июня в Чехии В. Ласка, начиная с 12 июня в России В.К. Цераский, 23 июня в Эстонии Э. Гартвиг,  23, 24, 30 июня и во многие ночи июля опять в Германии О. Йессе. Повсеместное появление ночных светящихся облаков во многом удивило ученых конца XIX века. Странным казалось то, что при развитой европейской наблюдательной сети, а в то время в Европе и России работали десятки астрономических обсерваторий и сотни метеорологических станций, ночные светящиеся облака почему-то остались совершенно неизвестными. Были отдельные наблюдения светящихся облаков в разное время, но описаний, которые однозначно указывали  на типичные для С.О. свойства и морфологические формы, до 1885 г. не существовало. Для сравнения можно взять другое ночное явление, вполне сопоставимое с С.О. по яркости и частоте появления на средних широтах, - полярные сияния. Каталоги полярных сияний насчитывают более десяти достаточно подробных описаний до нашей эры, сотни приходятся на средние века.
Первооткрыватели С.О. независимо друг от друга дали четкие описания С.О. Вот что писал о них приват-доцент Московского университета астроном  Витольд Цераский: «Эти облака, отличаясь по виду от всех остальных, особенно замечательны своим блеском; они ярко светились в ночном небе белым и серебристым светом, переходящим иногда в голубой, с золотисто-жёлтым оттенком возле горизонта. Случалось иногда, что здания были заметно освещены их светом и можно было даже различать далёкие предметы. Иногда это были отдельные маленькие облачка, иногда они образовывали плотный слой или походили то на волны, то на морщинистую поверхность песчаной гряды. …Но наиболее характерной формой были узкие полосы, простиравшиеся то по прямой линии, то с изгибами, напоминая изрезанный берег с бухтами и заливами Мне неоднократно возражали, что эти облака, возможно, существовали и до 1885 г., но что их не замечали. … Я могу сказать, что с 1875 г. я наблюдаю с помощью фотометра и считаю эти наблюдения трудными… исключительно благодаря особому вниманию, с которым нужно следить за малейшим облачком или тончайшей дымкой. Мне было бы довольно трудно не заметить явления, которое порою охватывает не более не менее как весь небесный свод». Его немецкий коллега Отто Йессе (именно он предложил термин «серебристые облака») специально отмечал, что летом 1884 г. неоднократно наблюдал красивые пурпурные зори и проводил много связанных с этим измерений, поэтому серебристые облака не могли бы ускользнуть от его внимания, если бы были видны тогда.

[ched]

Вероятно, появление этого явления связано с изменениями в атмосфере, причиной которых был антропогенный фактор. Уже тогда сжигалось очень большое количество каменного угля, и такие соединения, как CO₂, SO₂, NO₂ и др. в больших количествах начали поступать в атмосферу.

[bob]

Год открытия серебристых облаков - это, случаем, не год взрыва Кракатау и других мощных извержений и землетрясений и крупнейшего цунами, связанного с этой нестабильностью? До этого в с. облаках должен был наблюдаться сильный минимум, на фоне которого они были малозаметны и очень редки. Сейчас добавилась и техногенная причина.

[Aleksey.S]

Год открытия серебристых облаков - это, случаем, не год взрыва Кракатау и других мощных извержений и землетрясений и крупнейшего цунами, связанного с этой нестабильностью? 

Извержение Кракатау в 1883 году произошло.   Вполне вероятно, что это могло повлиять на атмосферу Земли и вызвать в ней необратимые изменения. Хотя странно,  сильные извержения в историческую эпоху и до этого случались.

[bob]

Год открытия серебристых облаков - это, случаем, не год взрыва Кракатау и других мощных извержений и землетрясений и крупнейшего цунами, связанного с этой нестабильностью? 

Извержение Кракатау в 1883 году произошло.   Вполне вероятно, что это могло повлиять на атмосферу Земли и вызвать в ней необратимые изменения. Хотя странно,  сильные извержения в историческую эпоху и до этого случались.

Спасибо за поправку. Сильнее взрыва Кракатау в письменной истории не было ничего. Можно сказать, Земля в те годы испытала малую "ядерную зиму". Активизировались и другие редкие явления, вроде "зелёного луча" и пр. Значит, двух лет хватило, чтобы стратосферное пятно от взрыва достигло северных широт. Вот ларчик и открылся...

[vitrom]

Все не так просто, bob. Попытки связать появление СО с вулканической активностью, увы, не увенчались успехом. Впервые это было сделано в О.Иессе. Он первый предлагает конденсационную гипотезу образования этих облаков, считая, что они образуются из неизвестного газа, выбрасываемого в верхнюю атмосферу при извержении вулканов.
Ниже, еще один раздел из нашей статьи.

 Физика образования серебристых облаков

В прошлом веке существовали две основные физические идеи, объясняющие природу этих облаков. Одна из них, претерпев ряд изменений и дополнений, господствует  и сейчас.
Первая гипотеза была выдвинута известным советским исследователем метеоритов Л.Куликом и метеорологом Л.Апостоловым. Основу данной гипотезы составляло предположение о том, что серебристые облака состоят из маленьких частичек метеорной пыли, образующейся при сгорании многочисленных метеоров, вторгающихся в земную атмосферу. Вполне логично, что данная теория получила название метеорной. Стоит отметить, что атмосфера ежедневно пополняется метеорным веществом массой около 100 тонн. Однако, сторонники метеорной теории испытывали определенные трудности в объяснении ряда важных наблюдательных фактов в изучении серебристых облаков.
С середины 50-х годов прошлого века метеорная гипотеза стала уступать место так называемой конденсационной (или ледяной) теории, хорошо утвердившейся и признанной исследователями в настоящее время. Основы новой теории заложил советский ученый И.Хвостиков. Ледяная теория, в отличие от метеорной, могла объяснить принципиальные вопросы климатологии серебристых облаков: почему они наблюдаются из года в год неизменно на одних и тех же  высотах (80-85 км), почему они видны только в средних и высоких широтах (50°-70°), и почему эти облака видны только летом.
По ледяной теории серебристые облака состоят из очень маленьких ледяных частичек размером в тысячу раз тоньше толщины человеческого волоса! Такое же строение имеют обычные перистые облака, часто наблюдаемые в дневное время на фоне голубого неба. Ледяные кристаллы серебристых облаков рассеивают солнечный свет и при определенном угле падения становятся видимыми с поверхности Земли на фоне темного сумеречного сегмента как тонкие серебристо-белые струи и полосы, в виде однородной серебристой пелены, заполняющей пространство между основными формами этих облаков.
Для образования ледяных кристалликов на высотах 80-85 км необходимо обеспечить три решающих фактора: 1) достаточное количество водяных паров; 2) очень низкую температуру; 3) наличие мельчайших частиц, на которых конденсируются пары воды, превращаясь в лед.
Создание одновременно трех этих условий – очень непростая задача. Первая проблема заключается в том, что влажность в мезопаузе ничтожно мала, на один миллион молекул воздуха приходится всего лишь несколько молекул воды (в среднем 4 молекулы Н2О). Чтобы представить насколько это мало, можно сказать, что влажность в мезопаузе в сто миллионов раз меньше влажности воздуха в пустыне Сахара! Водяные пары поступают в мезопаузу, главным образом, из двух источников. Первый – это медленный подъем (диффузия) влаги из нижнего слоя земной атмосферы. Процесс этот  может растянуться чуть ли не на годы. Второй  источник состоит в разрушении молекул метана в мезосфере под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, в результате чего после взаимодействия с другими компонентами воздуха образуются молекулы воды. С другой стороны, молекулы воды также распадаются в мезосфере при освещении их солнечным светом. Время жизни водяных паров в верхней мезосфере (так называется область высот 75-90 км) составляет всего лишь 3-10 дней и для того, чтобы компенсировать их распад, необходим постоянный приток влаги и метана из нижних слоев атмосферы.
Тем не менее, природе приходится довольствоваться столь малым содержанием влаги на высотах образования серебристых облаков. Поэтому для формирования ледяных кристалликов ей требуется решить вторую задачу – охлаждение мезопаузы до очень низких температур (менее минус 120° по Цельсию!). Мезопаузой называется область температурного минимума, расположенная на несколько километров выше слоя, в котором наблюдаются серебристые облака. Столь низкие температуры необходимы для того, чтобы уменьшить давление насыщенного водяного пара надо льдом. Только в том случае, когда парциальное давление водяного пара превосходит давление насыщенного пара, возможна конденсация водяных паров в ледяную частицу. Такой водяной пар называется перенасыщенным. Начало кристаллизации  зависит также от количества ядер кристаллизации. Здесь мы приходим к частичной реабилитации метеорной гипотезы (метеоры – поставщики ядер кристаллизации, т.е. аэрозольных частиц и ионов). По некоторым данным, после сильных метеорных потоков вероятность появления  С.О. возрастает.
Охладить мезопаузу до требуемых столь низких температур – вовсе не тривиальная задача. Мезосфера и мезопауза одного полушария (скажем, северного) в летнее время освещены Солнцем круглосуточно, в то время как эти области южного полушария (зимнего) совсем не освещены. Житейский опыт подсказывает, что температура в постоянно освещенной мезосфере должна быть выше, чем температура неосвещенной мезосферы зимнего полушария. Однако, наблюдения показывают противоположное. Самым холодным местом на Земле (до минус 150° по Цельсию!) является как раз летняя мезопауза.
Причина сильного охлаждения летней мезопаузы заключается в циркуляции воздушных потоков. Для нас важно меридиональное движение воздушных масс между летним и зимним полушариями. Потоки воздуха поднимаются из летней полярной атмосферы на высотах 60-90 км, адиабатически охлаждая при этом мезосферу, проходят над экватором и устремляются в полярную мезосферу зимнего полушария, тем самым, адиабатически нагревая ее. Кроме того, восходящие потоки помогают переносить влажный воздух из нижних слоев атмосферы в верхние. Значительную роль играют и, так называемые, атмосферные гравитационные волны. Перенося энергию из нижних слоев атмосферы в верхние, они взаимодействуют с основным потоком воздуха в мезосфере (направленным с востока на запад в летний период) и создают мощные восходящие движения воздуха, что также поддерживает адиабатическое охлаждение верхней атмосферы. Кроме этого, гравитационные волны разрушаются на высотах 70-90 км  и создают турбулентные потоки тепла, направленные сверху вниз. Это также может приводить к уменьшению температуры в верхней мезосфере.
Третьим важным условием, необходимым для формирования ледяных кристаллов в мезопаузе, является присутствие мелких частичек - ядер конденсации. Дело в том, что молекулам воды легче объединиться вместе, то есть сконденсироваться в кристаллик, на поверхности некоторой пробной частицы, которая будет служить зародышем (ядром) ледяного кристалла. Обычные тропосферные облака несут в себе достаточно много пыли (поднимаемой с земли пылевыми бурями), так что каждая капля или снежинка содержит твердую маленькую частичку. Американо-шведские ракетные эксперименты, проведенные непосредственно в поле серебристых облаков, показали, что их ледяные кристаллики также содержат твердые маленькие частицы размером несколько десятков нанометров. В состав этих частиц входили железо и никель, типичные элементы метеорной пыли. Таким образом, ранее существовавшее предположение о том, что ядрами конденсации ледяных кристаллов серебристых облаков являются частицы метеорного происхождения, получило убедительное подтверждение. Но не только метеорная пыль может служить зародышами ледяных частиц. Некоторые исследователи полагают, что ядрами конденсации могут быть скопления (кластеры) ионов с «прилипшими» к ним молекулами H2O, так называемые гидратированные ионы. Ракетные измерения также зафиксировали наличие гидратированных ионов в окрестности серебристых облаков. Какой тип ядер конденсации преобладает в ледяных частичках – этот вопрос пока остается открытым.
Если созданы все условия для образования ледяных кристалликов, лед начинает намерзать на ядрах конденсации. Этот процесс начинается приблизительно на высоте 90 км. Но с другой стороны, благодаря земному притяжению ледяные частицы медленно оседают со скоростью 100-300 метров в час. На высотах 80-85 км размер ледяных кристаллов возрастает в несколько раз, они рассеивают достаточно много солнечного света и серебристые облака становятся видимыми невооруженным глазом с поверхности Земли. Ниже 80 км температура мезопаузы резко возрастает и начинается противоположный процесс – испарение ледяных кристаллов, или сублимация (подобный процесс происходит с любым предметом, покрытым коркой льда, зимой на морозе). Размер кристаллов быстро уменьшается, они рассеивают все меньше и меньше света и становятся невидимыми. Именно по этой причине серебристые облака видны в узком слое на высотах 80-85 км. Повторим, что непрерывный рост ледяных кристаллов до видимого размера (более 40 нанометров) возможен только при условии перенасыщения водяных паров надо льдом (то есть при низкой температуре и достаточной влажности воздуха), а также при постоянном притоке новых молекул H2O с нижних высот..
Такова в общих чертах теория образования серебристых облаков, которая сегодня рассматривается как наиболее вероятная.

[bob]

Вулканическая гипотеза на основе обычных вулканов действительно не катит. Вопрос в высоте столба пыли при взрыве. При обычном извержении он редко превышает 10 км. Этого не достаточно. Только при двух событиях последних веков высота облака взрыва превысила несколько десятков км. - при взрыве Кракатау и при взрыве сахаровской супербомбы (80 км.). Ну и потом при запусках космических ракет. Пыль должна пробить тропопаузу и плотные слои стратосферы. Даже для почти двадцатикилометрового хиросимского "гриба" это условие не выполнилось. Сами понимаете, что для "ледяной гипотезы" тоже нужна пыль как затравочный материал для конденсации. Вот и источники. Так как ракет в XIX веке не было, Кракатау было единственным источником, кроме метеоров. Ессно, серебристые облака существовали и ранее, но на них не могли обратить внимание ввиду их редкости и слабости.

[vitrom]

Метеорологические наблюдения в Европе, да и в России в 18 веке уже проводились повсеместно. И трудно поверить, чтобы дотошные немцы не зафиксировали яркие СО. Незаметить их просто невозможно, (особенно если учесть отсутствие уличного освешения в то время). 
А на счет влияния Кракатау на появление СО, как-то сомнительно. Хотя бы потому, что СО появились спустя 2 года после извержения (а как известно, аномальные зори после извержения, начались в Европе уже через 2 недели). А самое главное, СО до сих пор наблюдаются, хотя катастрофических извержений нет. И последнее, в ночь с 30 июня на 1 июля 1908 г., над Европой и З. Россией сияли аномально яркие СО и их связь вероятнее всего относится к падению Тунгусского метеорита. Об этом можно прочитать : http://www.tunguska.ru/nc/

КАК МОЖНО НЕ ЗАМЕТИТЬ ВОТ ТАКИЕ ОБЛАКА?

[Aleksey.S]

А не могли ли относить СО к особому типу перистых облаков? 
Лично я не могу поверь что какое-то явление, которое так и осталось незамеченным специалистами ( ведь уровень наблюдений в 19 веке уже был достаточно высок), так сильно и избирательно  повлияло на земную атмосферу.  Это должна быть очень сильная катастрофа! 

[Пенелопа]

   Могу предложить синтетическую версию. Люди не замечали облаков , потому, что привыкли. Кроме того  ученых было мало - до 19 века, хотя бы.  А в год после взрыва Кракатау  эти облака не наблюдались, поэтому 
увидев их люди и обратили внимание.    Или наоброт обратили внимание потому, что их было много. 
Даже такой вариант - сразу после не наблюдались потому, что пыли было много и сквозь нее было плохо видно, а как часть пыли осела, оставшиеся послужило для зародошеобразования облаков. 

На что стоит обратить внимание - картины художников (хотя опять же до 19 века мало кто рисовал пейзажи, тем более с натуры) . И еще важное замечание - после того, как первый ученый наблюдал облака не написал ли он письма - в  19 века почта ходила уже достаточно быстро и был телеграф.
          Врочем это только версия. Но одно могу сказать - очень серьезная катастрофа, сравнимая с Кракатау произошла 3000 лет назад, когда исчезла критская цивилизация. Другое дело, что в это время никто не обращал внимание на облака - по крайне мере об этом мне  не известно.  Стоит сравнить, что было после менее важных катастроф в 20 веке - несколько двоольно  крупных извержений было,  и кроме того пожары, войны
 

[bob]

Да, чтобы достоверно открыть явление, оно должно быть очень массовидным. То есть, на слабые "докракатавские" облака не обращали внимания. Есть ещё один момент, надо было осознать исключительность поведения этих облаков. До массового распространения астрономических знаний никому и в голову бы не пришло, что свечение облаков после полуночи ненормально. Кроме того, именно во второй половине XIX века начали часто ставить массовые опыты по параллаксу различных объектов. А без этого доказать высотность облаков трудно. Если бы хоть одно из этих условий не совпало (Кракатау, интерес к соотношению цвета и света, интерес к параллаксу), облака были бы открыты только в ХХ веке.

[vitrom]

С 11 на 12 июня в Скоротово под Звенигородом (Подмосковье) на месте ежегодных экспедиций успешно прошел симпозиум, посвященный 120-летию открытия серебристых облаков. Присутствовало более 40 человек, в основном участников экспедиций прошлых лет. С большим интересом аудиторией был заслушан 45 минутный доклад: "Витольд Цераский - первооткрыватель серебристых облаков в России". Затем, праздничные тожества по случаю юбилея.

[dims]

Правильно ли я себе понимаю, что серебристые облака - это любые облака, которые я вижу высоко в небе, выше обычных облаков (как на фотке), вечером и которые ярче остальных облаков?

А то я никак не могу понять, видел я их, или нет.

[ched]

Правильно ли я себе понимаю, что серебристые облака - это любые облака, которые я вижу высоко в небе, выше обычных облаков (как на фотке), вечером и которые ярче остальных облаков?

А то я никак не могу понять, видел я их, или нет.

Нет! Серебристые облака намного выше других - они образуются в мезосфере, когда обычные - в стратосфере.

[vitrom]

/dims/ Загляните сюда: http://www.tunguska.ru/nc/

[dims]

Нет! Серебристые облака намного выше других - они образуются в мезосфере, когда обычные - в стратосфере.

Ну на глаз-то не видно где они, в глазах-то нет дальномера
Я так понимаю, что критерии, связанные с глубиной погружения солнца и сравнительной освещённости облаков как раз и нужны для того, чтобы отличить высоту, на которой расположены облака.
Просто я смотрю на фотографии, показанные vitrom и у меня создаётся впечатление, что образ отчасти знакомый...

/dims/ Загляните сюда: http://www.tunguska.ru/nc/

Понял, действительно, всё разъяснено.