В ИКИ РАН изучили особенности движения серебристых облаков

Серебристые облака возникают в мезосфере на высоте около 80–85 км. Это самый холодный слой земной атмосферы: температура здесь может падать до 130–140 Кельвинов, то есть ниже −130 °C, а иногда и ниже. В таких условиях водяной пар кристаллизуется на частицах метеорной пыли или на ионах, которые присутствуют в верхней атмосфере. Молекулы воды могут оседать на ионах благодаря своему дипольному моменту.

Летом серебристые облака наблюдают в Северном полушарии. Их тонкий и очень высокий слой виден в сумерках: для наблюдателя на Земле Солнце уже зашло, но его лучи продолжают освещать облака из-за горизонта. Впервые такие облака увидели в конце XIX века. С тех пор они помогают изучать процессы в верхней атмосфере и следить за изменениями климата: ледяные частицы образуются только при определённых температуре и содержании водяного пара.

Размер частиц зависит от температуры и количества водяного пара. Модели показывают, что частица может вырасти до радиуса около 100 нанометров примерно за десять часов. Один нанометр равен одной миллиардной доле метра. Когда ледяные частицы становятся достаточно крупными, они опускаются в более низкие и теплые слои мезосферы. Там лед сублимируется и снова превращается в водяной пар.

Атмосферные потоки влияют и на образование ледяных частиц, и на их разрушение. Наибольшую роль играет перенос воздуха по меридиану, чаще с севера на юг. Если известны высота серебристых облаков и размер их частиц, можно восстановить температуру атмосферы на разных высотах.

Старший научный сотрудник ИКИ РАН Олег Угольников несколько лет наблюдает серебристые облака вместе с коллегами из других организаций и астрономами-любителями. Для работы группа использует распространенные широкоугольные фотокамеры, которые после калибровки позволяют получать научные данные. Ранее Угольников показал, что по фотометрии снимков, то есть по яркости изображения, можно оценить размер частиц в облаках.

Для новых наблюдений исследователи установили две камеры примерно в 100 км друг от друга. В одном случае северная камера находилась к северо-востоку от южной. Обе камеры снимали один участок неба под разными углами и создавали стереопары. По смещению деталей облаков на двух изображениях можно определить их высоту, направление и скорость движения. Фотометрические данные позволяют оценить размер ледяных частиц. Затем эти параметры помогают вычислить, как быстро частицы растут или уменьшаются, и связать этот процесс с изменениями температуры.

Во всех наблюдениях из выборки облака двигались с севера на юг. Их скорость в меридиональном направлении менялась от нуля до 50–60 м/с. В зональном направлении облака чаще двигались на запад, а максимальная скорость достигала тех же 50–60 м/с. Облака снижались гораздо медленнее: вертикальная скорость лишь в редких случаях превышала 2 м/с.

Чем ниже опускается облако, тем крупнее его частицы и тем быстрее они уменьшаются. В нижних и более теплых слоях мезосферы лед активнее превращается в водяной пар. Быстрое движение на юг дает облаку больше времени, чтобы опуститься и достичь более низких широт до полного разрушения.

Такой случай произошел утром 4 июля 2023 года. Тогда серебристые облака стали самыми яркими за весь период наблюдений и располагались сравнительно низко — на высоте около 80 км. Радиус частиц почти достиг 100 нанометров, а скорость движения на юг доходила до 60 м/с.

Данные спутника NASA EOS Aura показали, что в это время между 55° и 60° северной широты, где наблюдали облака, температура резко снизилась. На широте 65° спутниковые измерения также зафиксировали заметное падение содержания водяного пара. Вероятно, часть пара ушла на формирование ледяных частиц серебристых облаков.

Частицы, по расчетам исследователей, образовались около 60° северной широты при температуре примерно 130 Кельвинов. Затем облака быстро переместились в более теплые южные широты. Фотометрические данные показали, что радиус частиц уменьшался примерно на 0,015 нанометра в секунду. При таком темпе облако могло исчезнуть примерно за два часа. Этот результат согласуется с теоретическими моделями.

Наблюдения с помощью двух сравнительно простых камер подтвердили связь между размером частиц серебристых облаков, высотой облачного слоя, скоростью его перемещения и температурой атмосферы. Результаты работы опубликовал журнал Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

Изображение из статьи Oleg S. Ugolnikov, Olga Yu. Golubeva, Egor O. Ugolnikov, 2026