Наблюдение полярных мезосферных облаков в утренние часы перед восходом Солнца в Забайкалье летом 2024 года

В мезосфере на высотах от 80 км и выше при осаждении льда на пылинки космического и вулканического происхождения образуются частицы, формирующие полярные мезосферные облака. Эти ночные светящиеся облака называют «серебристыми». Они были впервые достоверно отмечены летом 1885 г., и с тех пор появлялись практически каждый год (Далин и др., 2005). Наиболее благоприятны для наблюдений серебристых облаков широты 55–60°. Однако в последние десятилетия их интенсивность возрастает, что даёт возможность наблюдать серебристые облака на широтах ниже 50°. Полярные мезосферные облака обладают необычными физическими свойствами. Помимо отражения и рассеяния излучения Солнца в видимом диапазоне, было обнаружено отражение от мезосферных облаков излучения радаров на частотах от 5 МГц до 1,3 ГГц. Это, несмотря на то, что размеры ледяных частиц, их составляющих, составляют значения порядка десятков нанометров, а плотность в единице объема ~ 10 нг на куб. метр. Причины такой отражательной способности до сих пор дискуссионные, и однозначного мнения нет.
В работах (Bordonskiy et al., 2019, Бордонский и др., 2020б) высказывалось предположение, что отражательная способность серебристых облаков обусловлена образованием льда 0. Лед 0 – открытая теоретически методами молекулярной динамики (Russo et al., 2014) и обнаруженная экспериментально (Бордонский, Орлов, 2017, Бордонский и др., 2020а) сегнетоэлектрическая кристаллическая модификация льда. Из-за большой разницы значений статической диэлектрической проницаемости на контакте льда 0 и диэлектрика (пылевой частицы) образуется нанометровый слой с высокой проводимостью (Korobeynikov et al., 2005). Ледяные частицы серебристых облаков благодаря этому слою приобретают свойства близкие к металлическим. Появление у частиц, составляющих мезосферные облака, таких свойств приводит к возникновению плазмонного резонанса (Борен, Хафмен, 1986) и объясняет рассеяние серебристыми облаками электромагнитного излучения в широком интервале частот.
Для подтверждения такого механизма отражения электромагнитного излучения от серебристых облаков с 2019 года в весенне-летний период проводятся измерения атмосферы в с. Преображенка на отрогах Яблонового хребта (Забайкальский край). Радиометрические исследования осуществлялись по методике, предложенной в работе (Bordonskiy et al., 2019). В 2024 году комплекс приборов включал в себя радиометр с параболической антенной и приёмниками на частоты 22, 34 и 94 ГГц, а также радиометр с рупорной антенной на частоту 94 ГГц. Радиометрические приемники были направлены практически на Север под углом ~10° к горизонту. Такое расположение позволило в случае появления на небе серебристых облаков зарегистрировать рассеянное излучение Солнца, находящегося ниже горизонта.
В середине июля, в ночь с 14 на 15 число, при безоблачной атмосфере перед восходом Солнца наблюдали появление серебристых облаков. Приращения радиояркостной температуры, вызванные рассеянием солнечного излучения серебристыми облаками, составили 5…15 K в зависимости от длины волны. Вариации безоблачной атмосферы при отсутствии серебристых облаков (в другой день) за аналогичный временной промежуток составили 1–2 K. Данный результат подтверждает предположение о появлении у частиц мезосферных облаков свойств близких к металлическим.
Полученный результат представляет интерес для изучения динамики мезосферных облаков, а также для изучения особенностей распространения электромагнитного излучения в атмосфере.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИПРЭК СО РАН по теме: «Электромагнитные характеристики холодной воды, мерзлых сред и совершенствование микроволновых методов дистанционного зондирования вод суши», Рег. № НИОКТР 121032200069-6.