Приводятся основные результаты исследования спектров серебристых облаков (МСО). Обсуждается вопрос о том, что в формировании их спектров участвуют не только процессы аэрозольного рассеяния частицами МСО, но и эффекты флуоресценции. Рассматривается роль водяного пара в формировании полей самих серебристых облаков.
Наблюдения спектров серебристых облаков
Основные результаты нашего исследования спектров серебристых облаков.
В спектре МСО присутствуют три существенные особенности.
— Во-первых, для всех спектров выделяется наличие максимума в области 460 — 470 нм.
— Во-вторых, имеется характерный спад интенсивности в длинноволновую область, близкий к 1/ λn с параметром n > 4.
В-третьих, полуширина спектров МСО составляет порядка 150 нм.
Все эти три факта, на наш взгляд, указывают на то, что в формировании их спектров участвуют не только процессы аэрозольного рассеяния частицами МСО, но и эффекты флуоресценции.
Анализ радиационного режима на уровне формирования серебристых облаков указывает на выполнение всех условий, необходимых для возбуждения флуоресценции.
Основными претендентами для флуоресценции можно считать углеводородные соединения и растворенные органические вещества (РОВ), в частности, гуминовые кислоты. Не исключён вариант и с продуктами распада комет.
Удивительные свойства воды
Считаем целесообразным обратить внимание читателей на следующие интересные факты, взятые из прекрасных работ [62-65], и касающиеся свойств воды во всех её агрегатных состояниях, в том числе и в виде атмосферного аэрозоля.
Во-первых, как мы уже говорили, учёными выяснено, что чистой воды в природе практически нет. Жидкая вода, даже хорошо очищенная, не представляет собой однородную смесь из одиночных молекул Н2О. На 80-85% она состоит из ассоциатов (кластеров), имеющих тетраэдрическую жидкокристаллическую структуру, и 15-20% «свободных» молекул. Кроме того, в малых концентрациях в неё входят гидратные образования (клатраты), в центре которых располагается молекула газа (О2, N2, Ar, CO2), а оболочка состоит из молекул воды. В воде присутствуют также устойчивые микропузырьки размером 10-100 ангстрем («бабстоны»), окруженные ионной оболочкой, гидратированные ионы Н+, ОН— и различных солей, растворенные газы О2, N2, Ar, CO2, радикалы, атомы и молекулы (ОН, Н, О, НО2, Н2О2), твёрдые микрочастицы, органические молекулы.
Основную массу жидкой воды составляют кластеры размером от 6 до 400-600 А, в которых находится от 6 до 3×107 молекул. Клатраты, содержащие внутри молекулу газа (N2, Ar, CO2), окружены молекулами воды, образующих пятигранные и шестигранные плоские фигуры за счёт трех водородных связей, а четвертая связь у каждой молекулы Н2О выступает наружу. Микропузырьки (бабстоны) окружены сильно поляризованными молекулами воды. Таким образом, жидкая вода имеет сложную жидкокристаллическую структуру
Расчёты показывают, что молекулы воды в жидкой форме и других агрегатных состояниях (лёд, плёнка, гидратная оболочка ионов, в капиллярных каналах, аэрозольных каплях, в порах гидрофильных веществ) оказываются сжатыми и находятся в неравновесном колебательно-возбуждённом состоянии. Из этого фундаментального вывода тут же следует другой важный факт – колебательно возбуждённые молекулы Н2О в жидкой воде должны обмениваться колебательно-вращательными квантами энергии – фотонами света, что подтверждается большим количеством экспериментальных данных спектроскопических исследований (сонолюминесценция, хелюминисценция, флуоресценция воды и водных растворов).
Твёрдая фаза воды — лёд, оказывается, тоже имеет далеко не единственную форму существования. В зависимости от внешних параметров — температуры и давления — реализуется одна из одиннадцати модификаций льда: Ih, Ic, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX или аморфный лёд, различающихся между собой взаимным расположением молекул воды в решётке кристалла.
Наиболее распространённым в природе, и поэтому лучше изученным, является гексагональный лёд Ih, образующийся при атмосферном давлении и плавном понижении температуры ниже 0°С .
При охлаждении до -130°С образуется кубический лед Iс с иным расположением молекул в кристаллической решётке, но, тем не менее, с совершенно тождественным спектром поглощения.
В глубоком вакууме при температуре ниже -150°С образуется аморфный или стеклообразный лёд, лишённый кристаллической структуры. Отдельные молекулы замёрзшей воды не упорядочены, как у кристаллического льда в обычных условиях. Тем не менее структура такого льда оказывается более компактной и его плотность достигает 2.3 г/см3. Не исключено, что такие или сходные формы льда могут входить в состав комет или образовываться на поверхности иных планет или спутников.
В результате ракетных исследований было установлено, что частицы на высоте серебристых облаков часто представляют собой ядро из большой центральной частицы, окружённой большим количеством более мелких.
К другим необычным свойствам льда относят и генерацию электромагнитного излучения его растущими кристаллами.
Водные аэрозольные частицы, так же, как и свободная вода, проявляют способность к поляризации во внешних электрических и магнитных полях, присутствие которых характерно для уровня мезосферы и ионосферы. Они испытывают фазовые переходы, в том числе неравновесные. Под действием этих полей и ионизирующих излучений происходит электрическая и химическая активация атмосферных аэрозолей, возникает неустойчивость ассоциатов и как следствие их распад. Наиболее активные искажения, являющиеся резонаторами электромагнитных волн, находятся в атмосфере на границах с ионосферой.
Процессы, происходящие в этих случаях, во многом подобны процессам при кавитации и сонолюминесценции
