__________________________________________________
advertisement
1 XII МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНКУРС НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ ШКОЛЬНИКОВ «СТАРТ В НАУКУ» __________________________________________________ Секция: экспериментальная физика и астрономия Тема: Синоптические наблюдения серебристых облаков на широте с. Ижевское в 2004-2010гг Автор: Широков Павел Александрович Научный руководитель: Заслуженный учитель РФ, Соросовский учитель, Широков Александр Николаевич Место выполнения работы: МОУ Ижевская СОШ имени К.Э. Циолковского 2010 2 I. Введение. Что представляют собой серебристые облака. Серебристые (мезосферные) облака – самые высокие облачные образования, наблюдаемые в пограничном слое атмосферы Земли на высоте 75-95 км (средняя высота их появлений 82 км). В отличие от тропосферных облаков, они располагаются в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Межпланетная пыль, метеорное вещество, заряженные частицы солнечного и космического происхождения, магнитные поля постоянно участвуют в физикохимических процессах, происходящих в верхней атмосфере. Результаты этих взаимодействий мы наблюдаем в виде полярного сияния, эмиссионных свечений атмосферы, метеорных явлений, изменений цвета и продолжительности сумерек, появлений серебристых облаков[3]. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн, или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями. Поэтому название «ночные светящиеся облака» наиболее отвечает их внешнему виду. Диапазон высот, на которых образуются серебристые облака, вообще весьма стабилен (73–95 км), но в некоторые годы сужается до 81–85 км, а иногда расширяется до 60–118 км. Часто облачное поле состоит из нескольких довольно узких по высоте слоев. Основной причиной свечения облаков служит рассеяние ими солнечного света, но не исключено, что некоторую роль играет и эффект люминесценции под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. Прозрачность серебристых облаков чрезвычайно высока: обычное облачное поле задерживает всего около 0,001% проходящего сквозь него света. Именно характер рассеяния солнечного света серебристыми облаками позволил установить, что они представляют собой скопления частиц размером 0,1–0,7 мкм. Правильнее серебристые облака отнести к классу сумеречных явлений, так как чаще всего их наблюдают именно в гражданские сумерки. Солнце, погрузившись под горизонт на 3-16º, освещает верхние слои атмосферы, создавая тем самым благоприятные условия видимости облаков. В северном полушарии они, как правило, появляются в летние месяцы (май-сентябрь) на широтах 45-70º, причем наиболее часто их видят на широте 56º. На этих широтах облака появляются в среднем от 9 до 20 раз за сезон. Так, в 1981 г. в Москве они наблюдались 8 ночей подряд, с 8 по 16 июля. Время 3 жизни их подвержено значительным колебаниям – от 10 мин до 5 часов. Анализ визуальных наблюдений облаков показывает, что на широтах 56º чаще всего они появляются в период от третьей декады июня до второй декады июля, когда обширные поля серебристых облаков занимают площади до нескольких миллионов квадратных километров. Кроме того, существуют многолетние изменения их интенсивности, связанные с солнечной активностью. Все эти изменения (широтные, долготные, сезонно-суточные) принято называть климатологией серебристых облаков. Следует отметить, что в летний период полярная мезопауза – это область, где наблюдается самая низкая температура в атмосфере Земли, равная 100-120 К. В последнее время стали поступать сообщения наблюдателей о появлении облаков вне традиционной зоны их видимости и иных сроках появлений (например, 28 декабря 1973 г. над Балтийским морем, 17 марта 1984 г. над южным Казахстаном.). Как показали расчеты и наблюдения, источником, инициирующим образование облаков, в наш космический век стали жидкостные ракеты вторых ступеней мощных ракетоносителей. При каждом запуске ракетоноситель выбрасывает около 1200 т водяного пара, в связи с чем предполагается увеличение интенсивности облакообразования в мезосфере в последующие десятилетия более чем на 50%. Авторы расчетов, американские геофизики, утверждают, что подобное изменение в верхней атмосфере вряд ли существенно отразится на климате Земли. Вместе с тем одна из последних гипотез связывает природу серебристых облаков с образованием озоновой дыры, их активное образование приводит к уменьшению озонового слоя. Если эта идея найдет подтверждение, то наблюдение серебристых облаков приобретает особое значение. В настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о волновых движениях мезопаузы. Это существенно дополняет исследования ее динамики другими методами, такими как: радиолокация метеорных следов, ракетное и лазерное зондирование. Обширные площади и значительное время существования облачных полей дают уникальную возможность прямого определения волновых характеристик и их временную эволюцию. Несмотря на обилие данных, полученных к настоящему времени о верхней атмосфере, по-прежнему остается неясной природа серебристых облаков: какие глобальные явления в земной атмосфере предопределяют их возникновение, существует ли взаимосвязь с физическими процессами в нижней атмосфере, какова природа морфологических 4 структур серебристых облаков, каков механизм физико-химических процессов в моменты их образования и распада? Все эти вопросы требуют качественного наблюдательного материала и его тщательного анализа. Условия образования серебристых облаков Почему эти облака появляются лишь в узком интервале высот вблизи 80 км? Почему они наблюдаются только летом и только в средних широтах? Почему их структура очень напоминает структуру перистых облаков, которые, как известно, состоят из кристалликов льда? В 50-х годах ученые пришли к выводу, что серебристые облака имеют такую же природу, что и другие облака, например перистые. Но каким образом могут возникнуть облака на столь больших высотах? Ведь на высоте 80км плотность атмосферы ничтожна; здесь можно говорить фактически о вакууме. А уж водяных паров на такой высоте вроде бы и совсем не должно быть. Однако тут следует принять во внимание одно обстоятельство, имеющее решающее значение. Дело в том, что на высоте около 80км температура атмосферы оказывается наиболее низкой. Установлено, что температура может достигать здесь значений — 130°С — 150°С. Исследуя содержание водяных паров в атмосфере на разных высотах, ученые обнаружили некоторое увеличение плотности водяных паров в этом наиболее холодном слое атмосферы, т. е. на высотах 80 - 85 км. В середине 60-х годов это было подтверждено прямыми измерениями с помощью ракет. Было также установлено, что на рассматриваемых высотах влажность воздуха особенно повышается именно в летнее время и именно на средних широтах. Выполненные исследования позволяют сегодня следующим образом объяснить возникновение серебристых облаков. В летнее время года на средних широтах наблюдаются довольно мощные восходящие потоки воздуха; они доставляют водяной пар в верхнюю область мезосферы, где тот превращается в ледяные кристаллики серебристых облаков. Конечно, на столь больших высотах интенсивность упомянутых восходящих потоков становится незначительной. Однако благодаря исключительно низкой температуре на высоте около 80км происходит практически полное вымерзание паров. Это способствует новому притоку пара снизу и постепенному накоплению ледяных кристалликов. На других широтах и в другие сезоны столь высокие 5 восходящие потоки отсутствуют, а на высотах, где температура атмосферы не является минимальной, вымерзание пара оказывается недостаточно полным. В настоящее время считается общепризнанным, что серебристые облака состоят из кристалликов льда, которые возникли в результате конденсации паров воды на мельчайших пылинках космического происхождения. Прежде рассмотрим, какие условия необходимы для образования облаков в атмосфере Земли. Нас интересуют облака не пылевой природы (т.е. мы не будем рассматривать вулканические облака, состоящие из пепла, и пылевые бури). Первым необходимым фактором для образования облаков является наличие водяного пара, а точнее некого физического состояния пара. Его парциальное давление должно превышать упругость насыщения. Упругость насыщения находится в строгой зависимости от температуры: при понижении температуры окружающей среды, она падает. Теперь становится ясным, что вторым фактором, участвующим в формировании высотных облаков, является наличие достаточно низкой температуры для осуществления процесса конденсации. Процесс конденсации ускоряется при наличии ядер конденсации, то есть твердых, чаще всего, пылевых частиц плавающих в атмосфере, или как их называют специалисты — аэрозолей. Для более полного понимания явлений происходящих в атмосфере Земли, обратимся к ее строению. Принято делить атмосферу по целому ряду признаков: по температуре, по составу, по физическим процессам, участвующим на тех или иных высотах. Мы отдадим предпочтение температурному признаку, как наиболее доминирующему по всей толщине атмосферы. Нижний, погодный слой принято называть — тропосферой. Здесь сосредоточено почти 90% всей массы земного воздуха, здесь же происходит активное перемещение воздушных масс, формируются все основные виды облачности. Характерной особенностью тропосферы является падение температуры с высотой в среднем на 6°, на каждые 1000 метров (отрицательный градиент температуры). Область минимальной температуры, находящейся над тропосферой на высоте 20 км называют — тропопаузой. В среднем ее температура равна -60° С. В этом слое на высоте около 22 км редко можно наблюдать так называемые перламутровые облака. Далее простирается стратосфера. До высоты 50км наблюдается незначительное повышение температуры до -40°С (положительный градиент температуры) а затем ее постепенный спад. Этот 6 процесс в основном обусловлен распадом молекулярного кислорода и образованием молекул озона. Озон, с одной стороны играет роль накопителя солнечной энергии, а с другой надежно предохраняет живые клетки от пагубного действия ультрафиолетового излучения Солнца. На высоте около 80км (особенно в средних широтах) температура достигает наиболее низких значений в земной атмосфере -96°-130° С. Здесь располагается мезосфера — область, где и образуются серебристые облака. Выше мезосферы, температура вновь начинает расти и переходит в область термосферы. Важно отметить, что до высоты 90 — 110км состав атмосферы практически остается неизменным (азот — 78,09%, кислород — 20,95%, аргон — 0,93%, углекислый газ — 0,03%). В этой части атмосферы, под действием солнечного излучения происходит разрыв молекул химических элементов, поэтому выше они находятся в виде атомов. Далее в атмосфере происходит диффузное разделение газов по их удельным весам, легкие водород и гелий, концентрируются на границе атмосферы, а азот и кислород остаются внизу. Часть атомов и молекул ионизирована, т.е. превращена в ионы. Из них образуются слои заряженных частиц называемые, ионосферой. Здесь же наблюдаются полярные сияния. Область смены температурного градиента в мезосфере, называют мезопаузой. Изучение природы серебристых облаков показало, что одной из основных причин их образования, является сильное охлаждение среднеширотной мезопаузы в летний период года. Помимо этого, мезосфера относится к области активной задержки космической пыли и разрушения метеорных частиц. Крупные частицы выпадают вниз на поверхность Земли, а мелкие задерживаются, и некоторое время плавают в верхней атмосфере подобно пыли на поверхности воды играя роль ядер конденсации. Неоднократные американо-шведские эксперименты по взятию высотных проб из области образования серебристых облаков подтвердили это предположение. Ракетные эксперименты, выполненных в 80-е годы в Швеции, в рамках программы исследований холодной арктической мезопаузы, дали интересную информацию о составе серебристых облаков. На высотах 80-94 км обнаружен слой "тяжелых" положительных ионов, присутствие которых указывает на возможность образования ледяных частиц при сравнительно слабых колебаниях температуры. Облака, состоящие из подобных ледяных частиц, могут быстро распадаться, если температура повысится на 10-15°. Подобные условия возникают при движении внутренних гравитационных волн: именно на "холодных" участках таких волн 7 формируются поля серебристых облаков. Наблюдатели часто отмечают это явление как характерное перемещение облачных полей с северо-востока на юго-запад. Внутренние гравитационные волны могут возникать по целому ряду причин: термический нагрев атмосферы, барические возмущения в тропосфере, приливные движения и так далее. Теоретически возможно образование этого вида волн при мощных взрывах и землетрясениях и извержении вулканов. Возможно, именно этот механизм участвовал при образовании серебристых облаков в Западной Европе, при формировании оптических аномалий связанных с взрывом Тунгусского метеорита. Несмотря на обилие данных, полученных к настоящему времени о верхней атмосфере, по-прежнему остается проблема в объяснении природы серебристых облаков. Какие глобальные события в земной атмосфере предопределяют их возникновение? Существует ли взаимосвязь с физическими процессами в нижней атмосфере? Какова природа морфологических структур серебристых облаков? Каков механизм физико-химических процессов в моменты их образования и распада? Все эти вопросы требуют в настоящий момент высокого качества наблюдательного материала и его тщательного анализа. II. Гипотезы образования серебристых облаков и условия наблюдений Первая гипотеза, объяснявшая образование серебристых облаков конденсацией паров, занесенных в верхнюю атмосферу в результате взрыва вулкана Кракатау 27 августа 1883 г., немецким физиком Ф. Кольраушем и поддержана О. Иессе. Эта гипотеза «прожила» около 40 лет и была оставлена после того, как другие мощные извержения вулканов (Мон-Пеле, 1902 г.; Катмаи, 1912 г.) не вызвали появления серебристых облаков. Новый прилив интереса к серебристым облакам связан с их появлением в период аномальных оптических явлений после падения Тунгусского метеорита 30 июня 1908г. Впрочем, о самом Тунгусском явлении ученые узнали гораздо позже, уже в начале 20-х годов. Именно тогда начали формироваться новые идеи и гипотезы о природе и происхождении серебристых облаков. В 1926г. Л. А, Кулик, стремясь объяснить появление интенсивных серебристых облаков сразу же после падения Тунгусского метеорита, высказал мнение, что 8 «серебристые облака обязаны своим происхождением метеоритам – наиболее мелкой легкой части продуктов возгонки их вещества при их вторжении в земную атмосферу». Тогда же Л. А. Кулик уточнил, что не только продукты распыления в атмосфере метеоритов, но и продукты испарения метеоров, постоянно влетающих в земную атмосферу, могут формировать частицы серебристых облаков. Так возникла метеорнометеоритная гипотеза, просуществовавшая более 30 лет и весьма неохотно сдавшая свои позиции в конце 50-х годов конденсационной (ледяной) гипотезе. Конденсационная гипотеза предполагает, что серебристые облака состоят из кристалликов льда, образующихся в верхних слоях атмосферы в результате конденсации водяного пара. При этом и А. Вегенер, и поддержавший эту гипотезу в 1933 г. У. Хамфрис справедливо указывали, что для образования ледяных кристалликов на высоте около 80 км должны царить очень низкие температуры (согласно Хамфрису, порядка 160 К). Но в те годы в науке господствовало представление о довольно высоких температурах на этой высоте – до 300 К. Эта точка зрения держалась до начала 50-х годов, т. е. до прямых измерений температур верхней атмосферы приборами, установленными на ракетах. Именно поэтому метеорная гипотеза в течение почти 30 лет пользовалась большей популярностью, чем конденсационная: ее поддерживали И. С. Астапович, К. Штермер (Норвегия), Е. Вестин (США). В послевоенные годы интерес к серебристым облакам продолжал усиливаться. В 1952 г. И. А. Хвостиков, опираясь на новые ракетные измерения температур верхних слоев атмосферы, показавших наличие на высотах 75-80 км второго температурного минимума, предложил новый вариант конденсационной гипотезы, в которой ей давалось количественное обоснование. Начиная с 1954 г., эту точку зрения развил в ряде работ В. А. Бронштэн, сумевший объяснить широтный и сезонный эффекты видимости серебристых облаков, т. е. их появление только летом и только в средних широтах[2]. Почему серебристые облака требуют всестороннего и тщательного изучения? Во-первых: в настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о ветрах на больших высотах, о волновых движениях в мезопаузе, что существенно дополняет исследование ее динамики другими методами, такими, как радиолокация метеорных следов, ракетное и 9 лазерное зондирование. Обширные площади и значительное время существования таких облачных полей дает уникальную возможность для прямого определения параметров атмосферных волн различного типа и их временной эволюции. Во-вторых: одна из последних гипотез связывает серебристые облака с возникновением озонной дыры: их активное образование приводит к уменьшению свободного газового озона. Если эта идея найдёт подтверждение, то наблюдение серебристых облаков приобретает особое значение. В- третьих: Ледяные кристаллы, из которых состоят облака, представляют серьёзную угрозу для керамических плиток тепловой защиты космических аппаратов многоразового использования. При сверхзвуковых скоростях перегрев и разрушение керамических плиток могут иметь катастрофические последствия. Помимо этого серебристые облака отрицательно воздействуют на процесс управления космическим аппаратом на этапах входа в плотные слои атмосферы. Таким образом, возникают пространственно-временные ограничения в использовании космической техники в зонах образования серебристых облаков. Можно привести пример, когда специалисты из Космического центра Кеннеди (США) внесли коррекцию в угол наклона орбиты при девятом полёте корабля «Шаттлл», который находился в зоне образования серебристых облаков. III. Задачи наблюдений серебристых облаков Наблюдения серебристых облаков несложны и доступны любителям астрономии. Хотя серебристые облака плавают в верхних слоях атмосферы и не являются, строго говоря, астрономическим объектом, внимание, уделяемое им астрономами и любителями астрономии, не случайно. Прежде всего, серебристые облака наблюдаются на небосводе в ночные часы, когда многие любители астрономии ведут наблюдения других небесных объектов и явлений. Астрономические методы порой применимы для изучения ряда явлений в нашей атмосфере, а эти процессы связаны с процессами, происходящими на Солнце, с метеорными явлениями и т.д. Наша программа наблюдения серебристых облаков долгосрочная, рассчитанная на 7-10 лет. Для выполнения программы у нас оборудована астрономическая площадка (обязательно с открытой северной частью горизонта). Для визуальных наблюдений 10 применяются бинокли, телескоп-рефлектор «Мицар», бинокуляр, менисковый телескоп Celestron NexStar с компьютерным управлением, телескоп-рефлектор системы Ньютона Sky Watcher с диаметром главного зеркала 150мм, теодолиты, фотоаппараты «Зенит» и др. В настоящее время готовится к наблюдениям телевизионная установка для получения снимков в приемной камере телескопа Celestron NexStar и передачи изображения по специальному кабелю на компьютер. Основные направления исследования серебристых облаков, которые ведутся в нашем объединении [1]. 1. Синоптические наблюдения, т.е. систематические наблюдения сумеречного сегмента с целью установления факта наличия или отсутствия серебристых облаков, а в случае их видимости – регистрации характерных признаков (протяженность по азимуту и высоте, яркость, морфологические формы). Наблюдения проводятся фото - визуально, с помощью биноклей, телескопов, фотоаппаратов. 2. Исследование наблюдаемых структуры. облаков. Цель: Наблюдения установить морфологические проводятся визуально и формы методом последовательного фотографирования. В ближайшее время будет применяться метод замедленной видеосъемки. 3. Изучение движений серебристых облаков. Наблюдения проводятся методом последовательного фотографирования. Применяются фотоаппарат, теодолит. 4. В перспективе организация наблюдений по определению высот, фотометрические и поляриметрические наблюдения серебристых облаков. Для описания структурных форм серебристых облаков при их визуальном наблюдении применялась международная морфологическая классификация: Тип I. Флер - наиболее простая, ровная форма, заполняющая пространство между более сложными, контрастными деталями и имеющая туманное строение и слабое нежно-белое с голубоватым оттенком свечение. Тип II. Полосы, напоминающие узкие струйки, как будто бы увлекаемые потоками воздуха. Часто располагаются группами по нескольку штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы - размытые (II-a) и резко очерченные (II-b). 11 Тип III. Волны подразделяют на три группы. o Гребешки (III-a) - участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. o Гребни (III-b) имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10-20 раз больше, чем у гребешков. o Волнообразные изгибы (III-c) образуются в результате искривления поверхности облаков, занятой другими формами (полосами, гребешками). Тип IV. Вихри также подразделяют на три группы. o Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1 до 0,5 градуса, т. е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью закручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер. o Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления (IV-b). o Мощные вихревые выбросы "светящейся" материи в сторону от основного облака (IV-c); это редкое образование характерно быстрой изменчивостью своей формы. IY. Основные результаты наших наблюдений серебристых облаков в период с 2004г по 2010г. Данный период наблюдений пришелся на минимум солнечной активности и максимум геомагнитной активности Земли(2005-2006гг). Общее число появлений серебристых облаков за этот период составило – 95 случаев. На диаграмме хорошо заметно, что максимум интенсивности наблюдений серебристых облаков приходится на 2005-2006гг. На эти два года приходится более 50% всех случаев наблюдений серебристых облаков. 12 Как показывает статистика, по 95 случаям регистрации серебристых облаков с 2004 по 2010 гг. на широте с. Ижевское, наибольшее число появлений приходится на глубину погружения Солнца под горизонт һ = -10,50. Чаще всего регистрируются облака яркостью в 2 балла. Анализ материалов визуальных наблюдений нашей группы показывает, что максимум частоты появления для широты 55°38´ лежит около первой декады июня и второй декады июля. Этот период характеризуется устойчивыми продолжительными появлениями обширных полей серебристых облаков, площади которых, иногда достигают нескольких миллионов квадратных километров. Изучение рядов их появлений в 2004-2010гг сделанных нашей группой и более ранних наблюдений других групп позволили обнаружить ярко выраженный периодический характер. Вполне естественно, что этот факт потребовал своего объяснения. Известно, что основным механизм влияющим на процесс их формирования является Солнце. Попытки связать облакообразование в мезосфере с солнечной активностью предпринимались неоднократно. То, что эта взаимосвязь должна проявляться, — очевидно. Вопрос, в какой форме? Благодаря исследованиям высоты сгорания метеоров установлено, что плотность атмосферы в мезопаузе возрастает в годы минимума солнечной активности, т.е. возникают более благоприятные условия для облакообразования. И действительно, при статистическом анализе наших наблюдений и выполненных в прошлые годы наблюдений московской группы, обнаруживается заметная обратная зависимость между интенсивностью облакообразования с солнечной активностью. Очевидно, что образование серебристых облаков, связано с какими - то глобальными процессами происходящих в атмосфере в целом. Как всякие облака они выполняют вполне определенные защитные функции, предохраняя верхние слои 13 атмосферы от "перегрева". Сам факт их открытия только в конце прошлого столетия подсказывает нам, где следует искать объяснение их природы. Вероятно это изменение температурного режима атмосферы. Возникает вполне резонный вопрос — чем оно могло быть вызвано? Солнечной активностью? Деятельностью человека? Или каким-то иным фактором? Трудно предположить, что техногенная деятельность человека в 19 веке смогла так повлиять на процессы в атмосфере. Значит, это могли быть солнечная активность или какой-то иной фактор (глобальные процессы внутри самой Земли или, скажем, вхождение Солнечной системы в плотные межзвездные молекулярные облака, которые могут являться крупным поставщиком межзвездной пыли - центром конденсации водяного пара и образованием кристалликов льда). Самое раннее первое появление серебристых облаков на широте с. Ижевское приходится на 8 апреля 2005 года. Самое позднее первое появление серебристых облаков на широте с. Ижевское приходится на 17 июня 2010 года. Самое раннее последнее наблюдение серебристых облаков на широте с. Ижевское приходится на 8 июля 2007 года. Самое позднее последнее наблюдение серебристых облаков на широте с. Ижевское приходится на 13 августа 2005 года. Самый продолжительный период наблюдений серебристых облаков зарегистрирован с 8 апреля по 13 августа 2005 года (23 случая появления облаков). Самый короткий период наблюдения серебристых облаков зарегистрирован с17 июня по 29 июня2010 года (4 случая наблюдений облаков). Наиболее продолжительная серия наблюдений серебристых облаков в течение одних суток приходится на 7-8 июня 2006 года, когда облака наблюдались в течение 4ч 15 минут (с 23ч.15мин 7 июня по 3ч.30мин 8 июня 2006г). Вывод 1: чем раньше обнаружены (появляются) серебристые облака, тем дольше длиться период их наблюдений. 14 Частота появлений серебристых облаков по годам (2004 – 2010гг) 2004 год месяц март апрель Ма июнь июль август сентябрь й Частота появлений - - - 6 7 - - 2005 год Месяц март апрель Май июнь июль Август сентябрь частота - 4 4 8 6 2 - 2006 год месяц март апрель Май июнь июль август Сентябрь Частота появлений - - - 14 13 1 - 2007 год месяц март Апрель май июнь Июль Август Сентябрь Частота - - - 4 2 - - появлений 2008 год месяц март апрель Май июнь июль август сентябрь 15 Частота - - - 5 3 - - появлений 2009 год месяц март апрель май июнь июль август сентябрь Частота - - - 3 8 1 - появлений 2010 год месяц март апрель май июнь июль август Сентябрь Частота - - - 4 - - - появлений 2004-2010 годы (обобщенные данные) Месяц март апрель май июнь июль август Сентябрь Частота - 4 4 44 39 4 - появлений 16 Частота появлений серебристых облаков на широте с. Ижевское по годам 30 25 20 15 10 5 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0 Частота появления серебристых облаков на широте с. Ижевское по месяцам 45 40 35 март апрель 30 май 25 20 июнь июль 15 август 10 5 сентябрь 0 Распределение частоты появления серебристых облаков по декадам (2004 -2010гг) 25 20 15 10 5 0 1-10 июня 11-20 июня 21-30 июня 1-10 июля 11-20 июля 21-31 июля 1-10 августа 11-20 августа 21-31 августа 17 Вывод 2: наилучшие условия для наблюдений (и появлений) серебристых облаков на широте с.Ижевское приходится на июнь-июль месяцы; пик интенсивности появлений серебристых облаков приходится на 1 декаду июня и вторую декаду июля. Эти выводы совпадают с выводами других исследователей серебристых облаков. Можно считать это установленным фактом. Распределение моментов первых появлений серебристых облаков по времени суток месяц апрель май Июнь Июль Август Время 21.30 22. 30 23.00-23.30 23.30-24.00 23.15 первого (среднее по (среднее по (среднее по появления, всем всем всем время наблюдениям) наблюдениям) наблюдениям) московское Замечание: если моменты появлений серебристых облаков в 2004-2008гг приходятся на первую половину ночи (до 24 часов), то моменты появлений серебристых облаков в 2009-2010гг приходятся на начало второй половины ночи (после 24 часов). По нашему мнению это свидетельствует о происходящих изменениях физических процессов в верхних слоях атмосферы. Морфология серебристых облаков при обнаружении Распределение серебристых облаков по морфологическим формам за весь период наблюдений следующий: частота появлений серебристых облаков с формой I – 23 раза, формой II-55 раз, формой III -9 раз, формой IY – 3 раза. Распределение морфологических форм серебристых облаков по годам 2004 год 18 Наиболее распространенной формой серебристых облаков при обнаружении была форма IIа (частота появлений – 9), наименее распространенной формой облаков при обнаружении была форма IIв и IIIа по 1 разу. 2005 год Наиболее распространенной формой были облака типа IIа – 11раз, IIв – 7 раз. 2006 год Распределение по морфологическому типу следующее: I-12раз, IIа – 7раз, IIв – 9 раз, I– 2 раза. 2007 год По одному разу наблюдались облака типа I, Iа, IIа, IYа. 2008 год Распределение по морфологическому типу: I – 4 раза, IIa – 4 раза. 2009 год Распределение по морфологическому типу: IIb -4 раза, I и IIIb по 3 раза, IYa – 2 раза. 2010 год Распределение по морфологическому типу:IIa и IIIa по 2 раза. Распределение серебристых облаков по яркости (по 5-ти бальной шкале) Год наблюдений 2004 2005 Средний балл яркости 1,75 1,58 2006 2007 1,23 2,1 2008 1,4 2009 2,5 2010 1,5 19 Распределение яркости серебристых облаков по временам года Время наблюдений Апрель май июнь июль Август Средний бал яркости 1,33 1,33 2,02 1,84 1,0 Самые яркие облака наблюдались 6-8 июня 2004 года, когда в течение трех ночей их яркость составила 3 бала. Серебристые облака максимальной яркости (5 баллов) наблюдались 12 июля 2009г в 3 часа утра по московскому времени. Стоит отметить, что в 2009г средний балл яркости серебристых облаков был максимальным за все время наших наблюдений и основная морфологическая форма, которая наблюдалась в этом году, была III-IY. Заметим, что лето 2009г на широте с. Ижевское выдалось очень дождливым. По нашим наблюдениям яркость облаков возрастает с 1 балла (морфологическая форма I) до 3-4 баллов (морфологическая форма III-IY). Теодолитные наблюдения показали, что перемещение серебристых облаков происходит преимущественно в направлении с северо-востока на юго-запад. Наибольшее количество моментов появлений серебристых облаков зафиксировано в точке, имеющей азимут 1800 (азимут астрономический). Стоит отметить, что азимут появления серебристых облаков в 2009-2010гг был больше 1800. Достоверно установлено, что при появлении серебристых облаков высокой яркости (3-5 баллов) и высокой динамике их движения с одновременным интенсивным изменением морфологической формы следует ожидать в ближайшее время выпадения интенсивных осадков. Этот эффект срабатывал практически со 100% вероятностью. Вывод 3: чем выше частота появлений серебристых облаков, тем интенсивнее осадки, приходящиеся на период их появлений. Справедливо и обратное утверждение: минимальное число появлений серебристых облаков свидетельствует об отсутствии в верхних слоях атмосферы водяного пара. Это принципиально новый вывод, который требует более тщательной проверки и интерпретации. 20 Мы выдвигаем рабочую гипотезу: серебристые облака можно использовать как индикатор для предсказания погоды на ближайшие часы или сутки. Y. Наши дальнейшие планы (2011-2015гг): 1. Продолжить патрулирование сумеречного сегмента небосвода на предмет раннего обнаружения серебристых облаков; 2. Изучение изменения интенсивности облаков, связанные с солнечной активностью (климатология облаков); 3. Изучение морфологических форм облаков в зависимости от условий наблюдений; 4. Изучение вклада серебристых облаков в яркость сумеречного и ночного неба; 5. Выявление корреляционной зависимости астрономических условий наблюдений серебристых облаков с геофизическим состоянием мезопаузы. Для реализации данного проекта будут организованы: 1. Визуальные, теодолитные, фотографические и замедленные киносъемки сумеречного сегмента зари с марта по октябрь; 2. Базисные наблюдения по определению высот серебристых облаков с использованием GPS-навигации (для повышения точности измерений) , фотометрические и поляриметрические наблюдения серебристых облаков; использование космических технологий (спутниковая навигационная система «Космос-2М») для выявления взаимосвязи серебристых облаков с погодными условиями в нижнем ярусе атмосферы. YI. Список литературы: 1. А.М. Баранов, Г.А. Губицин, М.М. Иоффе, Е.Л. Криуленко, В.Н. Лисодет Авиационная метеорология. М. Военное издат. МО СССР 1971. 2. Астрономический календарь. Постоянная часть. Москва, Наука, 1983г. 3. Бронштэн В.А. Серебристые облака и их наблюдение. Москва, Наука, 1984г. 4. Бронштэн В.А., Гришин Н.И. Серебристые облака. М.: Наука, 1970. 5. Ромейко В.А. Эти загадочные ночные облака. Ж. «Земля и Вселенная», Москва, Наука, №5, 1990г, с 88-99. 6. Миннарт М. Свет и цвет в природе. М.: Наука, 1969. 21
