Таким образом, в мезопаузе должны создаваться благоприятные условия для образования ледяных кристаллов, формирующих серебристые облака.
Конденсационная гипотеза И. Хвостикова отнюдь не сразу пробила себе дорогу. Но вскоре она была подтверждена серией прямых ракетных экспериментов в нашей стране и за рубежом.
Эксперименты показали: действительно температура мезопаузы в средних широтах в летнее время минимальна, а содержание водяного пара имеет четкий максимум.
Однако споры еще долго не утихали.
Одни доказывали, что водяной пар не может проникать так высоко в атмосферу, другие - что данных о температуре явно недостаточно для определенных выводов.
В огонь этих жарких дискуссий подлили масла американские натурные эксперименты, в ходе которых попытались искусственно создать серебристые облака. В конце октября 1961 года во время отработки первой ступени ракеты-носителя "Сатурн" в качестве балласта во вторую и третью ступени ракеты закачали 86 тонн воды. На высоте от ста до ста пятидесяти километров воду выбросили в атмосферу. Спустя полгода в повторном эксперименте примерно на такой же высоте "впрыснули" 95 тонн воды.
Надежды организаторов опыта на образование серебристых облаков не оправдались. Возникшее вначале шарообразное скопление льдинок быстро рассеялось и через считанные секунды исчезло без следа. Последовал скептический вывод: так как "впрыскиванием"
такой огромной массы воды не удалось создать серебристые облака в атмосфере, то скорее всего такие облака состоят не из льдинок, а из пылевых частиц.
Однако с выводом поторопились. Известна неизменная "приверженность"
серебристых облаков к поясу средних широт. А ракеты "Сатурн" запускали с полигона на мысе Кеннеди, расположенном на 30-м градусе северной широты.
Затянувшийся спор о составе загадочных облаков в какой-то степени удалось погасить другими экспериментами, на этот раз проведенными в Швеции. В них принимали участие и американские ученые. 11 августа 1962 года в Кроногарде (66-й градус северной широты) ракета "Найк Кэджун" подняла в серебристое облако специальные устройства - ловушки для захвата облачных частиц, которые открылись при входе в облако и закрылись после выхода из него (несколькими днями раньше, в отсутствие серебристого облака, был сделан контрольный запуск). Ловушки опустились на парашютах, и собранные частицы подверглись скрупулезному лабораторному анализу. Многие из них были покрыты своеобразным "гало" - остатками растаявшей ледяной массы. Сами частицы имели размер в доли микрометра. В повторенных позднее подобных экспериментах в захваченных частицах нашли железо и никель, типичные для метеорных частиц. Они, по всей вероятности, играли роль активных центров конденсации или сублимации. О возможности такого состава серебристых облаков говорил еще в 1950 году советский исследователь В. Бронштэн. И хотя оставались некоторые сомнения, прямые опыты с ловушками как будто бы подтвердили конденсационную гипотезу: разреженное скопление мельчайших кристалликов замерзшей воды образует серебристые облака.
Мост из атмосферы в космос
В широких масштабах изучение этого интересного атмосферного феномена развернулось в конце пятидесятых годов при подготовке и во время проведения Международного геофизического года и года Международного геофизического сотрудничества - грандиозных научных мероприятий века. В исследование серебристых облаков включились Московский, Ленинградский, Латвийский университеты, академические институты и многочисленные станции Главного управления Гидрометслужбы, отделения Всесоюзного астрономо-геодезического общества. В США и Канаде была создана специальная сеть станций, исследования проводили в Швеции, ГДР, ФРГ. Работы стали выполнять по общей программе. Новые методы определения поляризации света и рассеяния частиц облаков дали возможность оценить размеры облачных частиц, изучить оптические свойства серебристых облаков. Были разработаны простые способы определения их высот...
Что же дают для развития науки об атмосфере серебристые облака? Почему на их изучение брошены такие крупные научные силы - около четырехсот станций мира ведут за ними наблюдения, а теперь наблюдения проводятся и с помощью космическх средств? Серебристые облака - удобный инструмент для изучения атмосферы на высоте 75-90 километров. Еще первые наблюдатели отмечали подвижность "сумеречных" облаков, их быстрое перемещение - многие десятки метров в секунду. Это дает возможность изучать сложную динамику сравнительно тонкого пограничного слоя атмосферы между ее разнородными облаками, причем изучать на огромных площадях - в тысячи, а иногда и в миллионы квадратных километров.
Среди форм серебристых облаков в классификации, сделанной советским исследователем Н. Гришиным с помощью замедленной киносъемки еще в пятидесятые годы, особенно интересны волновые. Это либо небольшие гребешки - узкие и короткие полосы неравномерной яркости, наподобие ряби на воде, либо крупные гребни, либо волнообразные изгибы на большом пространстве светящихся облаков. Волновые образования не остаются неподвижными, перемещаясь, они создают запутанную причудливую картину. Кажется, не бывает двух одинаковых рисунков - за каких-нибудь десять-пятнадцать минут одно и то же облачное поле может измениться до неузнаваемости.
Вообще исключительная роль волновых движений в атмосфере не вызывает сомнений. Но в ее нижнем, тропосферном, слое не все волны можно обнаружить визуально. Тропосферные облака сравнительно низкие, поэтому даже в верхнем ярусе практически невозможно наблюдать волны длиной в несколько сотен километров, хотя известно, что они там есть. Серебристые облака позволяют одновременно и на больших площадях наблюдать волны большой длины-от сотен метров до сотен километров. К тому же облака эти прозрачны и в них хорошо различаются все виды волн, на каком бы уровне облачного слоя они ни возникали.
Структура и движение серебристых облаков-это яркая наглядная иллюстрация разномасштабных волновых процессов в мезосфере и мезопаузе.
Мезопауза, пожалуй, самая сложная по протекающим там процессам область верхней атмосферы. Здесь самая низкая температура, здесь расположена зона наиболее частого появления полярных сияний и так называемый Д-слой ионосферы с самой низкой ионизацией. Наконец, это своеобразный мост, соединяющий земную атмосферу с космосом, и здесь интенсивно "работают" химические реакции - частицы в мезопаузе постоянно подвергаются ударам космических "пришельцев". И серебристые облака дают в руки ученым первичный материал, информацию о тех или иных характеристиках всех этих процессов и явлений.
"Пастельные белила цинковые на черном фоне..."
"...Что меня поразило при наблюдении серебристых облаков, кроме того, что они не только восхищают, но и притягивают наблюдателя своей необычной картиной.
Меня поразило: 1. Их блеск (матовый, но очень сильный, я назвал его "перламутровый"); 2. Их протяженность (мы наблюдали их над Камчаткой, а на следующем витке - от Урала до Камчатки. А затем мы их наблюдали над Канадой в эти же сутки); 3. Их тонкая структура лазурная... Эта структура похожа на блеск перьев лебедя, когда серебристые облака наблюдаются в фасад".
И дальше: "...Они вращаются? Вместе с атмосферой Земли со значительно меньшей скоростью, то есть при наблюдении с Земли они должны довольно быстро перемещаться в направлении, противоположном вращению Земли. Они распространяются по всему широтному поясу. Серебристые облака заслуживают самого пристального внимания".
Это, прямо скажем, очень эмоциональное описание серебристых облаков взято из бортжурнала космонавта-исследователя В. Севастьянова, который вместе с П. Климуком в 1975 году совершил длительный - в то время рекордный - 63-суточный полет на борту орбитальной научной станции "Салют4". Условия для наблюдения серебристых облаков на станции "Салют-4" оказались самыми благоприятными, потому что время полета станции совпало с периодом максимально частого появления серебристых облаков над Северным полушарием Земли, особенно богато ими было лето 1975 года.
Изучать серебристые облака из космоса, бесспорно, легче, чем с Земли.
Свет их не поглощается нижними слоями атмосферы (облака выше этих слоев), озоном и водяным паром, поэтому в космосе можно регистрировать их ультрафиолетовый и инфракрасный спектр. Их можно фотографировать в глобальном масштабе и, наконец, наблюдать визуально. Визуальные наблюдения особенно ценны: ведь человеческий глаз - наиболее совершенный оптический инструмент, близкий по чувствительности к идеальному прибору.
К тому же через иллюминатор корабля космонавт может не просто наблюдать небесную экзотику, но внимательно рассмотреть увиденное, выделить главный, наиболее интересный объект, сделать его зарисовки и описания.
По записям П. Климука и В. Севастьянова удалось зафиксировать пространственное расположение полей серебристых облаков. Их размеры превзошли все ожидания. Например, в ночь с 3-го на 4 июля 1975 года они были видны непрерывно целых девять витков полета, они образовывали сплошную полосу над средними широтами Атлантики, Западной Европы, всей территории СССР и акватории Тихого океана до берегов Америки. О том, что серебристые облака на каких-то широтах могут покрывать половину и даже большую часть земного шара, высказывались предположения и раньше, на основе наблюдений с Земли, но это были только предположения. С одной лемной станции можно увидеть и сфотографировать лишь крохотный (в глобальных, конечно, масштабах) участок серебристых облаков, да и то лишь при подходящих метеорологических условиях, а число таких станций недостаточно, чтобы можно было составить из подобных крохотных кусочков целостную, связную картину.
При анализе описаний и рисунков, сделанных в космосе, обнаружилось одно интересное свойство пространственной структуры серебристых облаков, которое, впрочем, тоже предсказывали традиционные наблюдения.
Иногда это были сложные объемные образования, располагавшиеся как бы в два или три "этажа". Вот запись в бортжурнале, сделанная В. Севастьяновым: "...наблюдали три яруса серебристых облаков... Цвет: белые пастельные белила цинковые на черном фоне..."
Здесь есть и неоценимая научная информация. Многоярусные облака говорят о сложной структуре мезопаузы;
это уже не однородная среда, она состоит по меньшей мере из двух слоев, разделенных промежуточной переходной областью. Когда в обоих слоях (в некоторых случаях даже в трех) температура становится достаточно низкой для облакообразования, поле серебристых облаков и предстает "двухили "трехэтажным".
Летом 1975 года с "Салюта-4" впервые была выполнена обширная программа спектрометрических и радиометрических исследований серебристых облаков в широком диапазоне.
Удалось определить спектральную яркость, оптическую толщину облаков, размеры частиц. Оказалось, что серебристые облака - целый ансамбль частиц, и размеры "участников" ансамбля изменяются в широких пределах - от сотых долей до целого микрометра.
Изучение серебристых облаков над Южным полушарием Земли, где до сих пор проводилось мало таких наблюдений, стало задачей экипажа советской орбитальной космической станции "Салют-6". Космонавты Ю. Романенко и Г. Гречко с конца декабря 1977 года до начала февраля 1978 года (в Южном полушарии - лето) выполняли визуальные наблюдения и фотографическую съемку серебристых облаков. Они зарегистрировали неожиданно много появлений серебристых облаков - удалось сделать сорок черно-белых и пять прекрасных цветных фотографий.
Иногда облака наблюдались на протяжении семи-восьми витков полета, создавая впечатление сплошной кольцевой светящейся полосы, охватывающей больше половины земного шара. И полоса эта шире, чем в Северном полушарии. Облака как будто бы выходят за пределы "разрешенной" для них области.
Во время экспериментов на "Салюте-6" с советской антарктической станции "Молодежная" запускались метеорологические ракеты, измерявшие температуру и характеристики ветра в верхней атмосфере. Анализ температурных зондировании показал четкую связь изменений температуры с появлением серебристых облаков. Понижалась температура в мезопаузе (при вторжении чрезвычайно холодного воздуха из более высоких слоев)- облака появлялись и регистрировались экипажем "Салюта-6"; наступало потепление мезопаузы - они исчезали. Не лучшее ли это доказательство конденсационной гипотезы их природы?
В Институте астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР космические фотографии серебристых облаков подвергли фотометрическому анализу, который сделали О. Авасте и Ч. Виллманн при участии космонавтов Г. Гречко и Ю. Романенко. Фотометрия облаков показала волновой характер облачного поля со средними (20-100 километров), длинными (100-280 километров)
и короткими, в несколько километров, волнами. Яркость облаков вблизи азимута Солнца оказалась вдвое выше, чем это следовало из теоретической модели рассеяния света частицами, построенной Ч. Виллманном. Это может говорить о том, что в поле серебристых облаков присутствуют более крупные частицы - размером около десятых долей микрометра.
Космические пейзажи, открывающиеся космонавтам через иллюминатор корабля, весьма необычны. Яркие немигающие звезды на черном, как бархат, небе, косматое Солнце, живописные рассветы и закаты, полярные сияния - все это пока видели лишь около сотни землян. И неудивительно, что Гречко и Романенко увлеченно занимались не только наблюдениями серебристых облаков, но и изучали атмосферу при восходах и заходах Солнца, полярные сияния. Исключительно мощное сияние космонавты наблюдали 15 февраля 1978 года при полете над Северной Америкой. "Тысячи прожекторов выстроились в такие извилистые линии над Америкой и били вверх...
Они были выше нас. У Земли были зеленого цвета. Сквозь нас проходили и выше уходили красного цвета. Тысячи их там переливалось огнями... Фантастическое совершенно зрелище. За два с половиной месяца полета такого мы еще не видели и вряд ли увидим",- записал Г. Гречко в бортжурнале.
Но был день, когда космонавты сделали особенно много наблюдений сверх программы. Гречко в тот день не раз получал от медиков с Земли укоризненные замечания, что вместо положенного по распорядку отдыха он занимается наблюдениями. Но что поделаешь, если Гречко и Романенко наблюдали два таких редких явления природы - серебристые облака и полярные сияния - одновременно!
Шапка Земли
Почему не только на материковом берегу, но и на островах Ледовитого океана находят останки мамонтов, бизонов, большерогих оленей, носорогов, пещерных львов? Ни сказки о Ноевом ковчеге и слонах, ни объяснение, что тот же всемирный потоп принес трупы утонувших слонов из Индии, не могли убедить серьезных исследователей.
Конечно, не имели и тени реальности эвенские, якутские и многие другие сказки о водяных быках, переходящих из озера в озеро под землей, огромных зверях-кротах, чьи передвижения под землей вызывают землетрясения.
Прародиной слонов, уже доказано наукой, была Африка, отсюда вышли африканские и индийские слоны, мамонты. Разные ветви "слонового дерева" разрослись в разных районах суши.
Из Юго-Восточной Азии проник в Сибирь "намадикус" - его останки найдены на Иртыше, в Забайкалье, в бассейне Алдана. Но они не могли соперничать со сложившимся в Сибири типом слонов-архидискодонтов.
Три миллиона лет назад эти самые крупные (до четырех с половиной метров высотой) из когда-либо живших на Земле "длинноногие" слоны жили на Африканском континенте. Потом распространились в Азии вплоть до самого северо-востока: останки их найдены на Вилюе и Индигирке. Пищу им приходилось добывать с высоких деревьев.
Приспосабливаясь к местным условиям, к меняющемуся климату, они обрастали шерстью, "меняли" зубы и пропорции тела.
Через тысячелетия слоны тепло "оделись": под метровой остевой шерстью был плотный подшерсток длиной до пятнадцати сантиметров.