Исследование микроволнового излучения, отраженного от серебристых облаков

В конце весны и летом над Северным и Южным полюсами образуются полярные мезосферные облака, которые называют серебристыми. В последние годы эти облака наблюдаются все чаще и на широтах меньше 50°. Серебристые облака образуют пылевые частицы, на которые на высотах 80…90 км конденсируется лед. Несмотря на экстремально низкую концентрацию ледяных частиц ~ 10 нг на куб. метр, серебристые облака отражают излучение радаров на частотах от 5 МГц до 1,3 ГГц. Причины такой отражательной способности до сих пор дискуссионные, и однозначного мнения нет. Так же как и появления воды на таких высотах, которая затем конденсируется на частицах пыли.
В работе (Bordonskiy et al., 2019) была высказана гипотеза о том, что такая отражательная способность определяется металлическими свойствами слоев, которые образуются при контакте двух диэлектриков с большой разницей значений статической диэлектрической проницаемости, и возникновением плазмонного резонанса. Одним из этих диэлектриков является пылевая частица, другим – теоретически предсказанный в работах (Russo et al., 2014, Quigley et al., 2014) и экспериментально обнаруженный в (Бордонский, Орлов, 2017) сегнетоэлектрический лед 0.
Летом 2021 года были проведены радиометрические исследования области неба по методике, предложенной в работе (Bordonskiy et al., 2019), на частотах 13, 22 и 34 ГГц. Радиометрические приемники располагались в с. Преображенка на Яблоновом хребте (Забайкальский край), и были направлены на северо-северо-запад под углом ~10° к горизонту. В случае появления на небе облаков, состоящих из наночастиц с высоко проводящими слоями, излучение Солнца, находящего ниже горизонта, должно от них отразиться. Отраженной излучение может быть зарегистрировано микроволновыми радиометрами. Причем приращение измеренной радиояркостной температуры, связанное с отражением излучения Солнца, должно быть относительно слабо зависимым от частоты.
Удачные, с точки зрения микроволновых измерений, серебристые облака наблюдались в небе над Забайкальем 3 июня 2021 года. Особенность этих облаков состояла в том, что с западной стороны облака имели ровную границу – фронт, и этот фронт, двигаясь с севера на северо-запад, медленно прошел через диаграмму направленности антенн радиометров. Такое движение облаков позволило зафиксировать наибольшее приращение радиотеплового излучения в исследуемых диапазонах. Приращения радиояркостной температуры, вызванные отражением солнечного излучения от серебристых облаков, достигали 10…15 К. Данный результат подтверждает предположение о составе мезосферных облаков, в которых содержится лед 0, осажденный на пылевые наноразмерные диэлектрические частицы.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №20-05-00563).