"Серебристые облака"

Серебристые облака

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

«КРАСНОДАРСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Индивидуального проект

Серебристые облака

Выполнила:

Левченко Анастасия Юрьевна,

Студентка 1 курса гр. 401 «А»

Руководитель:

Планида Светлана Ивановна

преподаватель физики высшей категории

Краснодар,

2017 г.

Содержание

Введение ______________________________________________________________________3

Серебристые облака и их свойства_________________________________________________4

История открытия_______________________________________________________________5

Структура______________________________________________________________________6

Условия образования ____________________________________________________________7

Методы наблюдения_____________________________________________________________8

Исследование серебристых облаков из космоса _____________________________________10

Значение наблюдения и исследования серебристых облаков___________________________11

Серебристые облака - индикаторы катаклизмов _____________________________________11

Выводы_______________________________________________________________________12

Источники информации _________________________________________________________13

Введение

Актуальность работы:

• Широкое освещение вопроса в научной литературе о важности исследования серебристых облаков, так как они являются своего рода индикатором сложных физико-химических и динамических процессов, протекающих в земной атмосфере на больших высотах (60-100 км),

• Общий интерес со стороны ученых всего мира к теме исследования серебристых облаков;

• Наличие практической потребности результатов исследования серебристых облаков;

• Недостаточность исследования учеными причин происхождения серебристых облаков и связи их появлений с различными гео, гелио и космофизическими явлениями.

Цель исследования:

• Исследование природы, свойств и структуры серебристых облаков.

• Роль серебристых облаков как естественных индикаторов физических условий в верхней атмосфере.

Гипотеза исследования:

• предполагает, что серебристые облака состоят из кристалликов льда, образующихся в верхних слоях атмосферы в результате конденсации водяного пара.

Серебристые облака — «дети» Солнца, их называют полярными мезосферными облаками. Это самые высокие облака в атмосфере Земли. Образуются в мезосфере на высоте около 85 км, и видны только тогда, когда освещены солнцем из-за горизонта, в то время как более низкие слои атмосферы находятся в земной тени (днем они не видны). Напоминают перистые или перисто-слоистые облака очень тонкой и нежной структуры. Имеют большую яркость, но вместе с тем абсолютно прозрачны. Звёзды просвечиваются сквозь них, не теряя яркости.

Для серебристых облаков характерен шелковистый отлив и голубовато-белый (серебристый) цвет иногда можно наблюдать и красные и золотистые оттенки. Серебристые облака делают видимыми движения воздуха в слое, где образуются. Скорость их перемещения оценивается в 100 м/с (360 км/ч).

см. приложение №1

Свойства

Диапазон высот, на которых образуются серебристые облака вообще весьма стабилен (73-95 км), но в некоторые годы он 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. О природе этих частиц высказывались самые разные гипотезы: предполагалось, что это могут быть ледяные кристаллы, мелкие частицы вулканической пыли, кристаллы поваренной соли в ледяной "шубе", космическая пыль, частицы метеорного или кометного происхождения.

Открытие

15 июня 1885 года. Темная ночь, Москва погрузилась в глубокий сон. Но в астрономической обсерватории ночь — самое оживленное рабочее время. Объективы телескопов нацелены в небо. Ведутся наблюдения за далекими мирами. Но почему так волнуется один из наблюдателей за небесными светилами — профессор В.К.Цераский? — Поразительно и очень даже странно! Что это значит, откуда эти волны? И на такой огромной высоте! — взволнованно восклицает профессор и снова приникает к окуляру. Привлеченные его возгласами, подходят другие астрономы, смотрят и тоже удивляются. Да, сомнений не было. Перед их глазами в глубине воздушного океана проплывали странные, невиданные жемчужно-серебристые и очень прозрачные облака.

Ночные светящиеся облака произвели на Цераского большое впечатление: «Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялось и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью или волнистыми неровностями. Это настолько блестящее явление, что совершенно невозможно составить себе о нем представление без рисунков и подробного описания. Некоторые длинные, ослепительно серебристые полосы, перекрещивающиеся или параллельные горизонту, изменяются довольно медленно и столь резки, что их можно удерживать в поле зрения телескопа».

Профессор видел так называемые серебристые облака. В последующие дни Цераский вместе с известным пулковским астрофизиком А.А.Белопольским, работавшем тогда в Московской обсерватории, подробно изучил серебристые облака и впервые определил их высоту, получив значения от 73 до 83 км. Десятью днями позже серебристые облака заметили эстонский астроном Э.Гартвиг, немецкий метеоролог О.Иессеи и другие. Сейчас их изучают во многих странах мира — США, Англии, Японии, Швеции. В России наблюдения ведутся более чем в 200 пунктах.

Структура

В 1955 году Н.И. Гришин предложил морфологическую классификацию форм серебристых облаков. В дальнейшем она стала международной классификацией. Сочетание различных форм серебристых облаков образовало такие основные типы:

• 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 несколько штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы – размытые (II-a) и резко очерченные (II-b).

• Тип III. Волны подразделяют на три группы. Гребешки (III-a) – участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. Гребни (III-b) имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10–20 раз больше, чем у гребешков. Волнообразные изгибы (III-c) образуются в результате искривления поверхности облаков, занятой другими формами (полосами, гребешками).

• Тип IV. Вихри также подразделяют на три группы. Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1° до 0,5°, т.е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью скручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер. Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления (IV-b). Мощные вихревые выбросы «светящейся» материи в сторону от основного

Условия образования

Для образования серебристых облаков необходимы три фактора.

1.Низкая температура. При очень низком давлении, которое наблюдается в мезосфере, дед может образоваться лишь при температуре ниже -123°С. Такая низкая температура наблюдается лишь в течение нескольких недель, близких к летнему солнцестоянию. Такое удивительное, на первый взгляд, сочетание является результатом, в том числе, и глобальной циркуляции в средней атмосфере. Самая низкая температура (-160°С) отмечается на несколько километров выше, и считается, что ледяные кристаллы первоначально образуются там.

2.Водяной пар. До сих пор точно не известен источник водяного пара. Мезосфера особенно суха, но небольшие количества водяного пара могут поступать через разрывы в тропопаузе и посредством атмосферных гравитационных волн. Другим потенциальным источником предлагается считать метан, который, взаимодействия с радикалом OH, образует воду. В последние время дополнительными источниками воды могли стать ракетные выбросы.

3.Ядра конденсации. Их источник тоже проблематичен. Высказывалась гипотеза об их метеоритном происхождении. По другой теории источником может быть вулканическая пыль, тем более, что впервые серебристые облака наблюдались после извержения вулкана Кракатау в 1883 году.

Яркость серебристых облаков оценивается по 5-балльной шкале:

1. очень слабые серебристые облака, едва заметные на фоне сумеречного сегмента, обнаруживаются только при очень внимательном осмотре неба,

2. облака замечаются легко, но их яркость весьма мала,

3. облака хорошо заметны и резко выделяются на фоне сумерек,

4. яркие облака, привлекающие к себе внимание,

5. исключительно яркие серебристые облака.

Методы наблюдения

Наблюдения серебристых облаков различны, их организация, методика и проведение зависят от поставленных задач. Ограничен диапазон наблюдений широтами от 50 до 65 градусов. Но известны редкие случаи их наблюдения на более низких широтах – до 45 градусов. Можно выделить следующие методы наблюдений серебристых облаков:

1. Синоптические наблюдения – это систематические наблюдения сумеречного сегмента с целью установления факта наличия или отсутствия серебристых облаков, а в случае их видимости – регистрация некоторых характерных признаков.

2. Исследование структуры. Может производиться путем визуальных наблюдений, фотографирования или замедленной киносъемки. Если светосила объектива 1:2 и чувствительность пленки 130-180 единиц по ГОСТу, то хорошие снимки можно получить при экспозиции I-2 с. На снимке должны быть видны основная часть поля облаков и силуэты строений или деревьев.

3. Изучение движений серебристых облаков. Производится путем их последовательного фотографирования или замедленной киносъемки. По фотографиям после соответствующей обработки можно определить направление и скорость движения серебристых облаков в атмосфере Земли и тем самым получить характеристики ветров в мезопаузе. Здесь может понадобиться теодолит.

4. Фотографировать серебристые облака можно любым фотоаппаратом, но лучше использовать зеркальные аппараты типа "Зенит". Пленку берут высокой чувствительности. При съемке объектив открывают полностью, отметчик выдержек ставят на букву В, поскольку длительность выдержки должна быть (в зависимости от яркости облаков) 10-13 секунд. Чтобы не смазать изображение, аппарат надо прочно закрепить на устойчивой деревянной или металлической доске. В поле зрения должна быть северная часть небосвода - горизонт и земные предметы. Экспозицию надо делать тросиком, чтобы нечаянно не сдвинуть аппарат. Съемку производят каждые 15 минут, не меняя ориентировку аппарата.

5. Фотометрия и поляриметрия. Производится по фотографиям.

Наблюдать серебристые облака можно с марта по октябрь в северном полушарии и с ноября по апрель в южном полушарии. Но наиболее часто в северном полушарии их наблюдают с конца мая до середины августа (с пиком максимума в июне-июле), в южном полушарии в зимние месяцы. С поверхности Земли серебристые облака могут наблюдаться только в период глубоких сумерек, на фоне почти черного неба и, разумеется, при отсутствии более низких, тропосферных облаков. Наиболее благоприятные условия для обнаружения серебристых облаков создаются в период навигационных сумерек, при погружении Солнца под горизонт на 6–12° (в конце июня в средних широтах это бывает часа за 1,5–2 по истинной полночи). Рассеянный в мезосфере солнечный свет образует слабое сияние сумеречного неба; на этом фоне легко обнаруживается свечение серебристых облаков, которые привлекают к себе внимание даже случайных свидетелей. Зона максимальной частоты наблюдения серебристых облаков в Северном полушарии проходит по широте 55–58°. В эту полосу попадают многие крупные города России: Москва, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Красноярск, Нижний Новгород, Новосибирск, Челябинск и др., и лишь несколько городов Северной Европы и Канады. Наблюдения серебристых облаков различны, их организация, методика и проведение зависят от поставленных задач.

Самостоятельное наблюдение

Во-первых, найти площадку, с которой хорошо просматривается северо-западный, северный и северо-восточный сектор неба. Даже если горизонт немного затянут тучами, сквозь просветы в них легко замечаются серебристые облака (не забываем, что это сверхвысотные образования и они располагаются намного выше обыкновенных облаков).

Во-вторых, начинать наблюдения нужно с 0 часов и до 4 часов ночи (июнь-июль), в этом интервале местного времени Солнце имеет нужную глубину погружения в горизонт и создаются условия для появления серебристых облаков (NLC). Облака появляются не каждую ночь. Лучше всего они заметны около 2 часов после полуночи местного времени.

В-третьих, научиться не путать серебристые облака с перистыми. Хотя, один раз увидев серебристые облака, вы уже никогда не спутаете их с обычными облаками.

см. приложение №2

Исследование серебристых облаков из космоса

Столь стремительное наступление облаков заставляет исследователей активизировать свои усилия в поисках разгадки непонятной «серебристой тайны». Для изучения этого феномена NASA запустило в апреле 2007 года в космос спутник AIM (AeronomyofIceintheMesosphere- Аэрономия льда в мезосфере; аэрономия - это наука, занимающаяся изучением верхних слоев атмосферы), который ведёт наблюдения за размерами, формой и льдом, образующим серебристые облака. Более близкое «знакомство» с этим явлением выявило массу «сюрпризов». Так, камеры AIM показали, что часто форма серебристых облаков повторяет обычные облака, образующиеся в самых нижних слоях атмосферы — тропосфере. Специалисты сочли подобное сходство «пугающим», поскольку это может свидетельствовать о том, что погода в самых верхних слоях атмосферы не отличается от нижних, как это обычно считается. «Оказалось, что в формировании серебристых облаков важную роль играютметеороиды. Частички разрушившихся метеоров служат ядрами, вокруг которых может собираться и кристаллизоваться вода», – поясняет руководитель миссии AIM старшего исследователя НАСА профессор Джеймса Рассела. Спутник НАСА AIM, помогающий ученым изучать мезосферу, заснял формирование серебристых облаков над Антарктидой. Этот процесс начался 20 ноября, но в скором времени крошечные клубы облаков цвета электрик увеличились в размерах и накрыли почти весь континент.

см. приложение №3

см. приложение №4

Данные, полученные НАСА благодаря космическому аппарату AIM, показывают, что серебристые облака подобны большой «геофизической лампочке». Они включаются каждый год в конце весны в Южном и Северном полушарии обычно в широтах между 43° и 60° и буквально за 5 — 10 дней достигают наибольшей плотности. "То, что сейчас происходит, является для нас большой неожиданностью", - говорит Д.Рассел

"Когда мы запустили спутник AIM, нашей целью были сами серебристые облака, но сейчас серебристые облака показывают, что есть некие процессы между различными слоями атмосферы, взаимодействующие на очень больших расстояниях. Дальнейшие исследования серебристых облаков приведут нас к большему пониманию о том, как же работает наша атмосфера", - заключает Д. Рассел.

У нас в стране, наблюдения серебристых облаков в течение длительного времени успешно проводились с бортов орбитальных космических станций "САЛЮТ" и "МИР".

см. приложение №5

см. приложение №6

Значение наблюдения и исследования серебристых облаков

Наблюдениям и исследованиям серебристых облаков сегодня придается большое значение. Ведь с их помощью можно получить ценную информацию о движении и составе самых высоких и разреженных слоев воздуха, а также о других физических характеристиках земной атмосферы. Иными словами, серебристые облака в данном случае играют роль естественных индикаторов физических условий в верхней атмосфере.

За серебристыми облаками ведутся регулярные наблюдения как с Земли, так и из космоса. Их наблюдали космонавты В. Ляхов и В. Рюмин на орбитальном комплексе «Салют-6 – Союз-32» и другие космонавты. Было установлено, что слабая дымка серебристых облаков образуется не только над средними широтами, но и в экваториальном поясе.

Наблюдения за атмосферными явлениями на планетах Марс и Венера показали, что там также образуются необычайно разреженные синие облака, очень похожие по своим особенностям на земные серебристые. Это наводит на мысль о существовании общего космического источника явления серебристых облаков на разных планетах Солнечной системы. Им, как упоминалось выше, являются ледяные кометные ядра, которые поддаются постепенному разрушению в межпланетном пространстве и поставляют в верхние слои планетных атмосфер ледяные частички, совокупность которых и создает серебристые облака планетных атмосфер.

Исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания циркуляции земной атмосферы, а также многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. Возможно, что погода на Земле зависит не только от условий в тропосфере, но и от состояния более высоких слоев атмосферы. Для геофизиков и астрономов серебристые облака представляют большой интерес. Ведь эти облака рождаются в области температурного минимума, где атмосфера охлаждена до –70° С, а иногда и до –100° С. Высоты от 50 до 150 км исследованы слабо, поскольку самолеты и аэростаты туда не могут подняться, а искусственные спутники Земли не способны надолго туда опуститься. Поэтому до сих пор ученые спорят как об условиях на этих высотах, так и о природе самих серебристых облаков, которые, в отличие от низких тропосферных облаков, находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством.

Серебристые облака - индикаторы катаклизмов.

Одной из загадок наших небес можно назвать серебристые облака, происхождение которых пока не ясно. Одна из версий — это предзнаменование для человечества

Некоторые из учёных утверждают, что прекрасные серебристые облака на самом деле есть грозное предзнаменование грядущей экологической катастрофы, они являются симптомом изменяющегося климата. Время их появления совпало с промышленной революцией, и чем дальше продвигается человечество по пути прогресса, тем больше серебристых облаков появляется в небе.

«Ясно, что эти облака изменяются, и это является признаком того, что изменяется часть атмосферы, но мы не понимаем — как, почему и что это означает», — сказал Джеймс Рассел, ведущий специалист физики атмосферы из Хэмптонского университета штата Вирджиния в США. По его словам, нынешние наблюдения позволяют почувствовать связь с глобальными изменениями в нижних слоях атмосферы, которые, возможно, служат первыми предупреждениями, что окружающая среда Земли претерпевает серьёзные изменения. Некоторые исследователи считают, что это связано с глобальными изменениями климата, вызывающими повышения концентрации метана, одного из парниковых газов. «Когда метан поднимается выше в атмосферу, он окисляется в ходе сложной серии реакций и образует водяной пар. Этот пар затем способен образовывать кристаллы, из которых состоят серебристые облака», – считает Рассел.

За последние 50 лет количество водяного пара в высоких слоях атмосферы значительно увеличилось, и связывает это с ростом концентрации метана, который, вступая в реакцию с кислородом, образует молекулы воды.

Учёные из Калифорнийского технологического университета считают, что одной из причин появления серебристых облаков является глобальное потепление. Ученые, которые считают, что серебристые облака в условиях глобального потепления — относительное благо, и если они и дальше продолжат своё распространение и охватят широкие области Земли, то тогда их серебристый полупрозрачный «зонтик» сократит количество солнечных лучей, достигающих поверхности Земли. Это, несомненно, уменьшит эффект глобального потепления

см. приложение №7

Выводы

Во-первых: считаю, что исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце. Возможно, что погода на Земле зависит не только от условий в тропосфере, но и от состояния более высоких слоев атмосферы.

Во-вторых: серебристые облака в силу своего граничного по отношению к атмосфере и космосу положения и наличия в них чётко различимой тонкой структуры являются удобным средством зондирования динамики процессов в самых верхних слоях атмосферы Земли.

В-третьих: изучение серебристых облаков важно и с точки зрения чисто земных проблем. Перемещаясь вместе с воздушными потоками, эти облака позволяют определить, куда и с какой скоростью дует на их уровне ветер. А так как процессы, происходящие в высоких и низких слоях атмосферы, тесно связаны, то «поведение» серебристых облаков очень важно знать для более точного прогнозирования погоды. Для этого не надо никаких сложных приборов и приспособлений. Требуется хорошее зрение, глазомер, а из приборов - обычный любительский фотоаппарат и бинокль.

В-четвертых: исследования серебристых облаков необходимы для более глубокого понимания циркуляции земной атмосферы, а также многих процессов, происходящих вне Земли, на Солнце.

В-пятых: 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 лазерное зондирование.

В шестых: не исключено, что результаты исследования серебристых облаков могут найти применение, как это нередко случается в науке, в самых неожиданных областях человеческой деятельности.

Источники информации.

Бронштэн В.А. Серебристые облака и их наблюдение. М.: Наука, 1984.

Бронштэн В.А., Гришин Н.И. Серебристые облака. М.: Наука, 1970.

Миннарт М. Свет и цвет в природе. М.: Наука, 1969.

В Интернете:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Серебристые_облака

http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/SEREBRISTIE_OBLAKA.html

http://astrogalaxy.ru/775.html

http://www.liveinternet.ru/users/flesh_atronach/post169982440

http://news-mining.ru/news/show4977/

http://www.ufolog.ru/publication/3497/

Приложения

№1

№

№3

Космический аппарат NASA для изучения полярных мезосферных облаков.

№4

Спутниковый снимок серебристых облаков, 26 декабря 2013 года.

№5

Серебристые облака в Петропавловске с 26 на 27 июля 1998-г.

№6

Снимок серебристых облаков из космоса с борта МКС, сделанный космонавтом Федором Юрчихином

№7