С конца 1800-х годов ученые изучают северное небо в поисках серебристых облаков, сияющих в темноте. Это — полярные мезосферные облака (polar mesospheric clouds, PMC) и они представляют собой тонкие струи ледяных кристаллов. Чтобы лучше их изучить, в НАСА создали искусственные аналоги таких облаков.
Серебристые облака образуются в конце весны и летом над Северным и Южным полюсами.
Лучше всего такие облака наблюдать в сумерках, когда Солнце освещает их из-за горизонта на фоне темного неба. Это не только красивое зрелище; мезосферные облака дают ученым подсказки о том, что происходит в атмосфере Земли.
«Большой интерес к этим облакам вызван их чувствительностью. Они возникают на грани жизнеспособности в верхних слоях атмосферы, где невероятно сухо и холодно, — объясняет Ричард Коллинз, космический физик из Университета Аляски и ведущий автор новой статьи в Journal of Geophysical Research. — Такие облака это чувствительный индикатор изменений в верхних слоях атмосферы. Например, изменений температуры и водяного пара».
Полярные мезосферные облака, запечатленные экипажем 31-й экспедиции Международной космической станции 13 июня 2012 г. Фото: Космический центр имени Джонсона НАСА / Международная космическая станция
Коллинз и его сотрудники подозревали, что PMC могут быть связаны с похолоданием в верхних слоях атмосферы, и хотели понять микрофизику этого процесса. В новой статье ученые поделились результатами миссии НАСА Super Soaker, небольшой суборбитальной ракеты, запущенной на Аляске. Благодаря миссии ученые выяснили, что водяной пар в верхних слоях атмосферы Земли резко снижает температуру окружающей среды и вызывает яркие сияющие облака.
Чтобы проверить теорию о мезосферных облаках, ученые создали собственные искусственные PMC в январе в Арктике. Время выбрано неслучайно. Зимний период неблагоприятен для появления таких облаков в естественной среде — ученые хотели избежать смешения искусственно созданных и встречающихся в природе PMC.
Ракета Super Soaker была запущена ранним утром с исследовательского полигона Poker Flat в Фэрбенксе, Аляска. По достижении высоты 85 км, команда спровоцировала взрыв канистры с 206 литрами воды. Восемнадцать секунд спустя луч наземного лазерного радара обнаружил слабое эхо PMC.
Наземное испытание выпуска канистры с водой. Предоставлено: Полетный комплекс НАСА им. Уоллопса.
Исследователи включили эти измерения в модель, имитирующую производство PMC. Они хотели понять, как воздух, в который была выпущена вода, должен был измениться, чтобы создать необходимые облака.
Эксперимент с миссией НАСА — первый раз, когда кто-либо экспериментально продемонстрировал, что образование облаков в мезосфере напрямую связано с охлаждением самим водяным паром.
Journal information