Измерение «семян» серебристых облаков

Постоянный поток космического вещества поступает к Земле из Солнечной системы. Крупные метеоры иногда могут пережить интенсивное трение и нагрев при входе в атмосферу, но в основном они испаряются и превращаются в мельчайшие частицы. Эти частицы настолько легки и повсеместны, что ученые называют их «дымом». Изучение его распространения в атмосфере важно для понимания погодных и климатических процессов, включая, как полагают ученые, формирование полярного феномена светящихся серебристых облаков (ночных светящихся облаков).

В октябре 2011 года исследовательская ракета NASA прошла сквозь эти ледяные облака за 5 минут, чтобы собрать первые данные о количестве, размере и электрическом заряде этих частиц и проверить, могут ли они формировать эти мерцающие облака. Миссия CHAMPS (Charge and Mass of Meteoric Smoke Particles) подтвердила наличие достаточного количества «дыма», но также указала на необходимость корректировки существующих моделей.

«Самое важное в измерениях CHAMPS — они вселяют уверенность, — говорит Скотт Робертсон, главный исследователь миссии. — Модели, предполагающие, что крошечная метеорная пыль лежит в основе ледяных кристаллов серебристых облаков, скорее всего, верны, потому что там около 20 000 частиц пыли на кубический сантиметр».

Эти облака, также известные как полярные мезосферные облака (они формируются в мезосфере), были впервые замечены в 1885 году. Теперь известно, что они светятся, отражая солнечный свет из-за горизонта, и состоят из кристаллов водяного льда, нарастающих на метеорной пыли. «Частицы дыма переносятся к полюсам, — поясняет Диего Янчес. — Летом мезосфера над полюсами — самое холодное место на планете, и там, в присутствии водяного пара, на твердой поверхности метеорного дыма могут формироваться ледяные кристаллы».

В октябре 2011 года две ракеты CHAMPS были запущены с космодрома Андойя в Норвегии, днем и ночью, чтобы изучить влияние солнечного ультрафиолета на заряд частиц. За 300 секунд полета приборы собрали 40 секунд данных на высотах от 35 до 60 миль (около 56–96 км), непосредственно в мезосфере. Приборы измерили плотность, размер и заряд частиц с беспрецедентной детальностью.

На высоте 50 миль (~80 км) CHAMPS зафиксировал 4000 заряженных частиц пыли на куб. см, при этом приборы детектировали лишь около 20% от общего количества. Таким образом, общая концентрация составила около 20 000 частиц на куб. см, что более чем достаточно для формирования ледяных кристаллов.

Однако наблюдения не во всем соответствовали текущим моделям. Радиус частиц составил всего 0.4–1.2 нанометра, что меньше, чем требуемые теорией 1.5 нм для образования льда. Но данные также показали, что частицы были заряжены, что может повышать вероятность роста на них льда, и что концентрация заряженных частиц меняется в зависимости от высоты и времени суток.

«Мы начали обсуждать с разработчиками моделей последствия этих данных, — говорит Робертсон. — Мы хотим понять, что произойдет с моделями атмосферной химии, если ввести такое количество частиц с такими размерами и зарядом». Уточнение моделей улучшает понимание сложных процессов в атмосфере, включая влияние Солнца на околоземное пространство и явления космической погоды.