Кроме полярных сияний, наблюдается еще общее свечение ночного неба, вызванное как возбуждением за счет столкновений, так и флуоресценцией газов атмосферы в результате фотовозбуждення (это свечение наблюдается вскоре после захода Солнца).

Мы закончили обзор строения верхних слоев атмосферы. Остается добавить, что в настоящее время все они доступны прямому изучению приборами, доставляемыми на самолетах (до 15–20 км), аэростатах (до 40 км), геофизических ракетах (до 250 км), искусственных спутниках Земли (до границ атмосферы).

Кстати, а что считать границей атмосферы? Исследования последних лет показали, что ионосфера простирается до высот в тысячи и десятки тысяч километров. Поэтому понятие границы атмосферы весьма условно. Часто принимают высоту этой границы в 2000 км. То, что выше, называют протоносферой — оболочкой, состоящей из ядер атомов водорода — протонов. За пределами атмосферы находятся радиационные пояса Земли. Систему частиц захваченных магнитным полем нашей планеты движущихся вдоль его силовых линий, принято называть магнитосферой Земли.

Сведения о давлении, плотности и температуре атмосферы до высоты 700 км приведены в Приложении 1 в конце книги.

Как мы уже говорили, серебристые облака наблюдаются только на фоне сумеречного сегмента. Происходит это потому, что они светятся в основном отраженным светом Солнца, хотя, как подробнее будет сказано ниже, часть посылаемых ими лучей, возможно, рождается в процессе флуоресценции — переизлучения энергии, получаемой от Солнца, на других длинах волн. Для осуществления отражения, рассеяния и флуоресценции необходимо, чтобы солнечные лучи освещали серебристые облака. Зная их высоту над земной поверхностью (в среднем 83 км), нетрудно рассчитать, что для этого погружение Солнца под горизонт не должно превышать 19,5 градуса. С другой стороны, если Солнце погрузилось под горизонт менее чем на 6 градусов, еще слишком светло (гражданские сумерки) и серебристые облака, если они не очень яркие, неразличимы. Таким образом, наиболее благоприятные условия для наблюдения серебристых облаков соответствуют времени так называемых навигационных и астрономических сумерек, и вероятность обнаружить их тем больше, чем длительнее эти сумерки. Такие условия создаются летом на средних широтах. Именно на средних широтах с конца мая до середины августа чаще всего и наблюдаются серебристые облака.

Такое совпадение двух периодов — наиболее благоприятных условий для наблюдений и наиболее частых появлений серебристых облаков — долгое время сбивало с толку исследователей. Многие ошибочно полагали, что серебристые облака наблюдаются летом в средних широтах только потому, что в это время и как раз на этих широтах создаются благоприятные условия для их видимости (в высоких широтах летом — полярный день, а ближе к экватору очень короткие сумерки). Только во второй половине 50-х годов удалось доказать, что это совпадение — чисто случайное (хотя и очень выгодное для наблюдателей), а на самом деле серебристые облака образуются именно в летний период и именно в средних широтах, потому что в это время на этих широтах происходит значительное похолодание в области мезопаузы и создаются необходимые условия для образования на этом уровне кристалликов льда, из которых и состоят серебристые облака. Подробнее об этом будет рассказано ниже.

Можно считать, что серебристые облака в основном наблюдаются в интервале широт 50–65°. Известны редкие случаи их наблюдения на более низких широтах — до 45°. А вот на широте Ашхабада (38°) за 700 ночей наблюдений И. С. Астапович не замечал их ни разу.

Анализ данных каталога появлений серебристых облаков, составленного Н. П. Фаст на основании 2000 наблюдений за 1885–1064 гг., дает такое распределение пунктов наблюдения по широтам:

Крайние широты мест наблюдений в северном полушарии: от 45° (пос. Сам Казахской ССР, март — май) до 77° (Дерманкшан, Гренландия, сентябрь — октябрь), а в южном полушарии от 52° (Фолклендские — Мальвинские острова), до 80° (Станция Берд, Антарктида, март). Нужно, однако, иметь в виду, что наблюдения серебристых облаков в южном полушарии пока немногочисленны.

Если говорить о распределении появлений серебристых облаков по сезонам, то самые различные материалы за разные годы показывают практически одну и ту же картину. В северном полушарии серебристые облака наблюдаются с марта по октябрь, но количество их появлений в марте, апреле, первой половине мая, второй половине августа, сентябре и октябре весьма мало. Период, наиболее удобный для наблюдений, — с конца мая до середины августа. Максимум видимости серебристых облаков довольно уверенно приходится на 5 июля (рис. 4).

Рис. 4. Распределение случаев видимости серебристых облаков по месяцам по данным станций Гидрометслужбы СССР:

_{1 — 1957 г., 2 — 1958 г., 3 — 1959 г., 4 — суммарно за три года.}

Рассмотрим теперь распределение серебристых облаков по высоте. Советскими и зарубежными учеными было разработано несколько методов определения высот серебристых облаков по фотографиям, снятым из двух пунктов. Основная заслуга в разработке этих методов принадлежит К. Штермеру (Норвегия), М. И. Бурову, М. А. Дирикису, Ю. Л. Францману (СССР), Г. Витту (Швеция). Все эти методы достаточно сложны, чтобы излагать их в научно-популярной книге[2]). Мы ограничимся лишь изложением идеи этих методов.

Пусть два наблюдателя А и В (рис. 5) в один и тот же момент фотографируют серебристое облако С (точнее, какую-то заметную деталь облака), высоту которого H надо определить. Расстояние между наблюдателями (базис) равно d. Путем измерений положения облака на фотопластинках (или пленках) определяют угол параллактического смешения деталей облака γ. Теперь рассмотрим два частных случая:

Рис. 5. Определение высоты серебристых облаков по методу В. К. Цераского.

Первый случай. Базис находится в плоскости АОС (именно так расположили свой базис В. К. Цераский и А. А. Белопольский в 1885 г.). Тогда задача — плоская, что сильно упрощает ее решение. В треугольнике АВС нам известна сторона AB = d и все три угла. Это дает возможность найти расстояния АС = r₁ и BC = r₂ по формулам

где h₁, h₂ — угловые высоты детали облака над горизонтом из точек А и В соответственно. Поскольку базис d обычно измеряется десятками километров, на таком расстоянии Землю можно считать плоской. Но расстояние до проекции серебристого облака D измеряется уже сотнями километров, и тут надо учитывать кривизну земной поверхности. Чтобы определить высоту точки С над поверхностью Земли, рассмотрим треугольник ОАС (О — центр Земли). В нем нам известны стороны OA = R (радиус Земли) и АС = r₁, а также угол OAC = 90° + h₁. Этого достаточно, чтобы найти неизвестную сторону OC = R + H, а значит и Н: