Хмари в об'єктиві

Ці два явища мають різну природу, але й ті й інші служать індикатором змін, які відбуваються із земною атмосферою.

RGB-фотографії нічного неба і сріблястих хмар, отримані 29 червня 2021 року. photometry radiative transfer and correlation analysis.

Перламутрові хмари утворюються на висоті близько 20 км над поверхнею Землі - в стратосфері, тому їх ще називають полярними стратосферними хмарами. «нічними хмарами, що світяться, оскільки через великої висоти їх висвітлює Сонце навіть після заходу за обрій.

Останніми роками і сріблясті, і перламутрові хмари стали спостерігати частіше, а їх висота знизилася. нагріватися верхньої. Тому вивчення сріблястих і перламутрових. хмар важливо для розуміння парникового ефекту.

Перламутрові хмари складаються з частинок насичених розчинів сірчаної і азотної кислоти, які конденсуються з пари при температурі близько -80°C.Розміри часток - зазвичай сотні нанометрів, іноді більше мікрометра. При температурі нижче -88°C утворюються більші (кілька мікронів) частинки. Взагалі, такі холоди в стратосфері бувають нечасто. У тому числі тому, що тут знаходиться озон, який добре поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця, тим самим нагріває стратосферу. Але іноді температура таки опускається досить низько, і утворюються хмари з «вмороженими» в них сполуками галогенів, особливо хлору. Потім при освітленні Сонцем вони починають активно руйнувати озон. Чим менше озону, тим менше нагрівається стратосфера і, тим сприятливіші умови для появи перламутрових хмар, — виникає позитивний зворотний зв'язок.

Сріблясті хмари складаються з частинок водяної пари, розміри яких у кілька разів менші від часток перламутрових хмар — це десятки нанометрів. Мезосфера, де вони утворюються, найхолодніше місце на планеті. В середньому температура тут близько -120 ° C, але може сильно коливатися. Коли вона опускається до певної межі (близько -130 ° C), водяна пара починає замерзати, перетворюючись на лід.

Висоту утворення сріблястих та перламутрових хмар, розміри та склад частинок вимірюють за допомогою лідарів, аеростатних зондів та супутників, але все це потребує спеціального обладнання. Кандидат фізико-математичних наук Олег Угольников, старший науковий співробітник сектору субміліметрової та інфрачервоної астрономії ІКІ РАН, запропонував вивчати висотні хмари за допомогою кольорових оптичних знімків, які можна отримувати, озброївшись цілком доступними ширококутними RGB-фотоапаратами*, а також у випадку перла - Поляризаційними камерами.

Параметри розсіювання світла на частинках, зокрема інтенсивність різних довжинах хвиль, залежить від розмірів частинок. Отже, можна вирішити і зворотне завдання відновити розміри частинок за параметрами розсіювання. У цьому полягає основа нового методу обробки знімків. Якщо частки досить великі (як у перламутрових хмарах), то залежність колірних характеристик від розміру може бути не однозначною, і тоді потрібна додаткова інформація про поляризацію розсіяного світла.

Метод включає також виділення корисного сигналу від хмар з фонового зображення піднебіння, координатну прив'язку поля зору зі зірками і визначення, при необхідності, висоти хмар. Висоту хмар можна обчислити зі зміни спектрального складу їхнього випромінювання (фактично, кольору), коли Сонце починає ховатися за Землею і освітлює хмари спочатку крізь озоновий шар, а потім через щільні шари повітря приземні.

За допомогою нового методу Олег Угольников спільно з колегами з Полярного геофізичного інституту РАН досліджував перламутрові хмари, що спостерігалися взимку 2019—2020 років на станції Ловозеро у Мурманській області. Тоді склалася нечаста для Арктики ситуація: температура повітря біля Землі була аномально високої, але в висоті 20 км — аномально низькою. На основі знімків, зроблених оптичними та поляризаційними камерами всього неба, середній радіус частинок у перламутрових хмарах визначили приблизно 230 нм.

У літні сезони 2020-2022 років за допомогою даної методики досліджували сріблясті хмари, що спостерігалися в ті періоди. При цьому використовували лише кольорові знімки хмар, отримані камерою ширококутної. Середній радіус частинок опинився в діапазоні 50-100 нм, що добре узгоджується з результатами, отриманими за допомогою лідерів.

Олег Угольников наголошує, що метод досить простий, щоб стати основою для регулярних та мережевих спостережень за хмарами, і його точність можна порівняти з точністю лідерських та супутникових вимірювань. Систематичні дослідження сріблястих і перламутрових хмар допоможуть зрозуміти, як на наших очах змінюється клімат Землі.

Результати роботи опубліковані в серії статей у журналах "Planetary and Space Science", "Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer", "Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics".

Коментарі до статті

* RGB-камера використовується для отримання кольорових зображень людей та об'єктів шляхом уловлювання світла в червоному, зеленому та синьому діапазонах довжин хвиль. Така камера використовує видиме світло із довжиною хвилі від 400 до 700 нм.

Небо в глазурі. Як і чому на Землі утворюються рідкісні перламутрові хмари

Дослідники розповіли, як утворюється це рідкісне видовище та чому ці хмари буквально переливаються різними кольорами.

Перламутрові хмари, також відомі як крижані полярні стратосферні хмари, є рідкісним типом хмар, що утворюються лише в дуже холодних умовах і на великих висотах, пише Space.

Дані Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО) свідчать про те, що ці хмари відомі своїми квітами, що переливаються, що виникають, коли сонячне світло взаємодіє з крихітними кристалами льоду, з яких вони складаються.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та захоплюючі новини зі світу науки!

Хмари такого типу зустрічаються взимку у високих широтах, у тому числі в Арктиці, Шотландії, Скандинавії та Алясці.Іноді їх також можна зустріти й інших районах, наприклад: у районах Північної Європи. Але найпоширенішими перламутрові хмари є в Антарктиді. Деякі з них є хвильовими хмарами, що утворюються поблизу гірських хребтів, у той же час вони настільки яскраві і незвичайні, що часом їх плутають з північним сяйвом.

Як формуються перламутрові хмари?

Для їх утворення повітря має бути холоднішим, ніж -85 градусів за Цельсієм. На відміну від більшості хмар, які утворюються у першому шарі атмосфери Землі, перламутрові хмари утворюються у стратосфері, другому шарі атмосфери Землі.

У цих умовах вся волога в повітрі перетворюється на переохолоджену рідину та кристали льоду. Вчені відзначають, що кристали льоду, з яких складаються хмари, мають діаметр всього 10 мікрометрів — по суті, вони тонші, ніж ширина людського волосся.

Чому хмари переливаються?

За даними Метеорологічного бюро Великобританії, протягом дня перламутрові хмари не пофарбовані і схожі на перисті хмари. Однак ближче до заходу сонця вони починають набувати характерного відливу. Вчені вважають, що кольори, що постійно змінюються, викликані процесом, відомим як дифракція: коли сонячне світло потрапляє на крихітні кристали льоду, з яких і складаються хмари, він розсіюється в різних напрямках, створюючи враження безлічі кольорів.

Дослідники також вважають, що найкращим часом для спостереження перламутрових хмар є годинник перед світанком і після заходу сонця, коли сонце знаходиться значно нижче за горизонт.

Чи небезпечні перламутрові хмари?

Дослідники відзначають, що перламутрові хмари не становлять прямої загрози для людини, проте вони посилюють руйнування озонового шару Землі — частини атмосфери, яка захищає нас від ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Передбачається, що в кристалах льоду містяться такі хімічні речовини, як хлор і бром — вони вступають у реакцію з речовинами, що руйнують озон, в атмосфері, тим самим прискорюючи його руйнування.

Зазначимо, що сьогодні руйнація озонового шару Землі є менш помітною проблемою, ніж кілька десятиліть тому, проте вплив цих хімікатів, як вважають науковці, впливатиме на озоновий шар ще від 50 до 100 років.

Раніше Фокус писав про те, що над Шотландією зняли приголомшливі "перламутрові" хмари.

• Читайте нас у:
• Читайте у Telegram
• Читайте у Facebook
• Читайте у Twitter
• Читайте у Google news
• Читайте у Viber

• Теги:
• земля
• вчені
• дослідження
• хмари
• атмосфера
• планета

• Поділитися:
• відправити до Telegram
• поділитися у Facebook
• твітнути
• відправити до Viber
• відправити до Whatsapp
• відправити до Messenger