Серебристые облака и их наблюдение - [15]
Рис. 22.Области, над которыми наблюдались серебристые облака с «Салюта-4» 3–4 июля 1975 г. Черные кружки обозначают места их наземных наблюдений.
Учитывая успех визуальных наблюдений с «Салюта-4», в задачу первого же экипажа «Салюта-6» (Ю. В. Романенко, Г. М. Гречко), работавшего с декабря 1977 г. по март 1978 г., было поставлено фотографирование серебристых облаков из космоса. Поскольку период работы экипажа приходился на зиму в северном полушарии и лето в южном, фотографирование серебристых облаков производилось над южным полушарием Земли. Всего было получено 40 черно-белых и 5 цветных фотографий серебристых облаков. Одна из черно-белых фотографий, полученная 15 января 1978 г., представлена на рис. 23. Солнце недавно зашло. Мы видим еще яркий сегмент зари, а над ним — тонкую полоску серебристых облаков, которая при внимательном рассматривании разделяется на две. Впрочем, некоторые признаки структуры серебристых облаков видны и ниже полосы, в верхней части сегмента зари.
Рис. 23. Фотография серебристых облаков из космоса с орбитальной станции «Салют-6» 15 января 1978 г.
Всего серебристые облака наблюдались первым экипажем «Салюта-6» на 146 витках с 23 декабря 1977 г. по 2 февраля 1978 г., в течение 31 ночи. Замечательно, что с 24 декабря по 5 января, серебристые облака наблюдались непрерывно, на всех витках, разумеется, на соответствующей широтах. 6 января они внезапно исчезли, но 8 января появились вновь, в форме слабой вуали (флера). Активные периоды видимости серебристых облаков были отмечены также с 14 по 16 января и с 27 января по 2 февраля 1978 г.
Серебристые облака наблюдались обычно не выше 2° над горизонтом, как при положении Солнца под горизонтом, так и над ним, на небольшой высоте (в космосе нет нашего светлого фона неба, освещен бывает лишь небольшой сегмент вблизи горизонта, см. рис. 23). По мере приближения орбитальной станции к серебристым облакам последние заметно поднимаются над горизонтом и приобретают хорошо выраженную волновую структуру. Но дальше, хотя их яркость возрастает, структура начинает пропадать, и облака превращаются в тонкую яркую полосу. Это происходит потому, что с орбитальной станции они видны как бы в разрезе.
Рассмотрим геометрию наблюдения серебристых облаков с орбитальной станции (рис. 24).
Рис. 24. Геометрия видимости серебристых облаков с орбитальной станции.
Пусть орбитальная станция движется на высоте Н>1 > Н, где Н — высота серебристого облака С, и приближается к нему со стороны ночной полусферы Земли. Облако взойдет над горизонтом станции, когда она находится в точке S>1; положение ее определяется центральным углом который можно найти по формуле (7), подставив в нее Н>1, вместо Н. Положим для дальнейших расчетов Н>1 = 350 км. Рефракцией для простоты пренебрегаем. Тогда найдем ψ>1 = 18°. Угол BOC = ψ = 9°09′, а расстояние S>1C = R∙(tg ψ + tg ψ>1) = 3200 км Именно с тaкого расстояния космонавты, находящиеся на орбитальной станции, могут заметить у горизонта серебристые облака. Расстояние от космического наблюдателя до видимого горизонта станции «Салют» SB = R∙tg ψ>1 ~= 2000 км.
Рассмотрим теперь другое положение станции S>2,когда серебристое облако видно «в разрезе». Для этого восстановим в точке С перпендикуляр к радиусу-вектору облака ОС до его пересечения с орбитой станции S>1S>2. Центральный угол ψ>2 найдем теперь из формулы (10), заменив в ней H>0 на H и H на H>1. Получим ψ>2 = 16°. А теперь найдем угол DS>2С, равный угловой высоте h>C серебристых облаков над линией горизонта станции S>2D в этот момент. Нетрудно сообразить, что
h>C = ψ>1 — ψ>2
поскольку LDOS>2 = LBOS>1 = ψ>1, а LDS>2C = LCS>2O — LDS>2O = (90°— ψ>2) — (90° — ψ>1) = ψ>1 - ψ>2 .Следовательно, h>C = 2°. как и получилось у наших космонавтов. Величина этого угла подтверждает, что облака находились именно на высоте около 80 км (для другой высоты и угол получился бы другой).
Нетрудно также подсчитать» что в положении S>2 расстояние «станция — облако» S>2C = 1880 км. Дальнейшее приближение станции к облаку приведет к тому, что облако окажется на фоне освещенной Солнцем полусферы Земли (а еще раньше — нижних слоев атмосферы) и пропадет, что и наблюдалось в действительности.
На станции «Салют-6» не раз отмечались случаи, когда поле серебристых облаков простиралось на весь южный горизонт (не забудем, что наблюдения велись в южном полушарии Земли) и наблюдалось в течение 7–8 последовательных витков. Это показывает, что серебристые облака порой полностью покрывали «разрешенную» для них широтную зону, что ранее было отмечено со станции «Салют-4» для северного полушария (см. рис. 22). По предварительным данным, в южном полушарии серебристые облака появляются на широтах выше 53° S.
Космические наблюдения позволили выявить средние (20÷100 км) и длинные (100÷280 км) волны в структуре серебристых облаков. Труднее оказалось обнаружить короткие волны (3÷12 км), что связано с геометрическими условиями наблюдения, описанными выше. Зато надежно подтверждена многослойность полей серебристых облаков, ранее установленная по наземным наблюдениям.
Фотографии серебристых облаков, полученные экипажем «Салюта-6», подверглись на Земле фотометрической обработке, которую провели сотрудники Института астрофизики и физики атмосферы Академии наук ЭССР О. А. Авасте и Ч. И. Внллманн при участии космонавтов-исследователей Г. М. Гречко и Ю. В. Романенко. Были построены фотометрические профили облаков для различных азимутов, которые еще четче, чем просмотр негативов, показали волновую структуру облачного поля. Исследователи сравнили изменение яркости серебристых облаков вдоль азимута с теоретической моделью рассеяния света частицами облаков, построенной в 1975 г. Ч. И. Виллманном. Вблизи азимута Солнца яркость серебристых облаков оказалась примерно вдвое выше, чем предсказывала модель, что авторы работы объяснили присутствием в наблюдавшихся 15 января 1978 г. с «Салюта-6» серебристых облаках более крупных частиц, чем принятые в теоретической модели (т. е. больше 0,1 мкм).
