Au coucher du soleil, vous pourrez voir les couleurs les plus fantastiques et les images les plus bizarres. Parfois, l'idée vient à l'esprit que si vous dessinez cela de manière véridique, les gens n'y croiront pas - ils diront que cela n'arrive pas et que l'artiste a exagéré la réalité. On a l'habitude de penser que tout cela relève de la physique, tout s'explique par la réfraction de la lumière dans les couches de l'atmosphère. Cependant, il existe des phénomènes dans le ciel qui n’ont pas encore d’explication exacte et qui sont étudiés depuis longtemps par les météorologues, les physiciens et les astronomes. L'un de ces phénomènes est celui des nuages noctulescents.
Nuages nocturnes. Photo : mygeos.com
Les nuages noctulescents sont un phénomène atmosphérique très beau et relativement rare qui peut être observé à des latitudes comprises entre 43° et 65° en été pendant de courtes nuits, dans un crépuscule profond. Ce sont les nuages les plus hauts de l'atmosphère terrestre, ils se forment dans la mésosphère à une altitude d'environ 85 km et ne sont visibles que lorsqu'ils sont éclairés par le soleil au-dessus de l'horizon, tandis que les couches inférieures de l'atmosphère sont dans l'ombre de la Terre. Il est assez simple de distinguer les nuages mésosphériques des nuages de basse troposphère ordinaires : ces derniers sont visibles sur le fond de l'aube du soir comme sombres, et les premiers comme clairs et même apparemment lumineux, car le soleil couchant ne peut « éclairer » que des objets assez « hauts ».
La densité optique des nuages mésosphériques est négligeable et les étoiles les traversent souvent. Il n'est pas surprenant que ces nuages soient observés principalement lors des nuits les plus courtes aux hautes latitudes : précisément dans de telles conditions lorsque le soleil se couche pendant une courte période et pas loin au-delà de l'horizon. Il est intéressant de noter que les nuages noctulescents se déplacent très rapidement : leur vitesse moyenne est de 100 mètres par seconde.
La nature des nuages noctulescents n’est pas entièrement comprise. Des nuages noctulescents ont été remarqués pour la première fois en 1885, deux ans après l'éruption du volcan Krakatoa. Les cendres éjectées par ce volcan ont produit des couchers de soleil si magnifiques que l'observation du ciel avant le coucher du soleil est devenue une activité très populaire. L'un de ces observateurs était le scientifique allemand T.W. Backhouse, qui a remarqué de fines rayures argentées scintillant d'une lumière bleutée dans un ciel complètement noir et les a décrites dans son article. Vitold Karlovich Tserasky, professeur agrégé privé à l'Université de Moscou, qui a observé des nuages noctulescents le 12 juin 1885, a également remarqué que ces nuages, clairement visibles sur le fond du ciel crépusculaire, devenaient complètement invisibles lorsqu'ils dépassaient la partie crépusculaire du ciel. Il les appelait « nuages lumineux nocturnes ». Initialement, les scientifiques associaient l'apparition de nuages noctilumineux à la poussière volcanique, mais le phénomène a été observé assez souvent en l'absence d'éruptions volcaniques. V.K. Tserasky, en collaboration avec l'astronome de l'Observatoire Pulkovo A.A. Belopolsky, qui travaillait à l'époque à l'Observatoire de Moscou, a étudié les nuages noctulescents et a déterminé leur hauteur qui, selon ses observations, variait de 73 à 83 km. Cette valeur fut confirmée 3 ans plus tard par le météorologue allemand Otto Jesse.
En 1926, le chercheur de la météorite Toungouska, L.A. Kulik, a proposé l'hypothèse météorite-météorite de la formation de nuages noctilumineux, selon laquelle les particules de météores qui sont entrées dans l'atmosphère terrestre sont des noyaux de condensation de vapeur d'eau. Cependant, cette théorie n’explique pas leur structure fine caractéristique, comparable à celle des cirrus. En 1952, I. A. Khvostikov a avancé une hypothèse, appelée hypothèse de condensation (ou de glace), selon laquelle les nuages noctulescents ont une structure similaire à celle des cirrus constitués de cristaux de glace.
Récemment, la théorie de l'origine météorique des nuages noctilumineux a été confirmée par la NASA. "Nous avons trouvé des particules de "fumée de météores" dans la composition des nuages noctilumineux. Cette découverte confirme la théorie selon laquelle les particules de poussière météorique sont des noyaux autour desquels se forment des cristaux de nuages noctilumineux", a déclaré le scientifique du programme AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) de la NASA. James Russell de l'Université de Hampton.
Plus d’une tonne de poussière de météores tombe chaque jour sur Terre. Volant dans l'atmosphère à des vitesses énormes, la majeure partie de cette poussière brûle complètement à des altitudes de 70 à 100 km, laissant derrière elle une « fumée » constituée de particules microscopiques. Ces particules forment des sortes de centres de cristallisation, autour desquels les molécules d'eau forment des cristaux de glace. Mais contrairement aux cristaux qui se forment dans les nuages ordinaires, les cristaux des nuages noctulescents sont très petits. Environ 10 à 100 fois plus fins que les cristaux de nuages de pluie. Ceci explique la teinte bleuâtre inhabituelle des nuages noctilumineux, car les petits cristaux de glace réfractent mieux la lumière des longueurs d'onde les plus courtes du spectre - bleu et violet.
A l'heure actuelle, la nature de l'apparition à une altitude de 80 km d'une quantité suffisante de vapeur d'eau nécessaire à la formation de nuages noctulescents n'est pas tout à fait claire. En 2012, après 5 ans d'exploitation du satellite AIM, une nouvelle hypothèse a été publiée sur la nature de l'apparition de l'eau dans la mésosphère, ce qui pourrait expliquer pourquoi des nuages sont apparus il y a 130 ans et n'avaient jamais été observés auparavant. Selon cette théorie, la source de formation d’eau est le méthane, dont l’atmosphère terrestre a commencé à s’enrichir intensément depuis la fin du siècle dernier. L'augmentation de la teneur en méthane dans l'atmosphère est largement facilitée par le développement industriel des gisements de pétrole et de gaz, l'élimination des déchets ménagers et industriels, etc. En termes d’effet de serre, le méthane est des dizaines de fois supérieur à celui du dioxyde de carbone. Mais le CO 2 est plus lourd que l'air et s'accumule donc directement à la surface de la Terre et est également « utilisé » par les plantes. Le méthane est plus léger que l'air et s'élève jusqu'à 10-12 km. Dans le même temps, une partie des molécules de méthane, sous l'influence du rayonnement solaire et de l'oxygène et de l'ozone atmosphériques, se décompose en molécules d'eau qui, sous l'influence des courants convectifs, s'élèvent encore plus haut, jusqu'à 70-80 km. Là, ils se condensent sur la poussière de météores et donnent naissance à des nuages noctilumineux. Ainsi, les scientifiques pensent que les nuages noctulescents peuvent être une sorte d'indicateur d'une accumulation excessive de méthane et du réchauffement climatique ultérieur dû à l'effet de serre.
Les recherches sur les nuages noctulescents se poursuivent. Les « nuages lumineux nocturnes » ou « nuages mésosphériques polaires », comme on les appelle également, constituent la principale source d'informations sur le mouvement des masses d'air dans la haute atmosphère, ce qui rend leur étude une tâche encore plus urgente et importante. C’est précisément l’objectif du projet PoSSUM (Polar Suborbital Science in the Upper Mesosphere) porté par Jason Reimuller. Le chercheur explique : "L'idée est de créer un laboratoire pour étudier les nuages noctilumineux. Nous parlons d'un laboratoire portable qui serait situé à bord d'un avion et ferait les mesures dont nous avons besoin pendant le vol suborbital. L'un des instruments les plus importants dans "Ce laboratoire est un radar laser. La diffusion d'impulsions laser sur des molécules d'ozone, d'azote, d'oxygène, d'argon et de dioxyde de carbone, très rares à cette altitude, permettra de suivre les processus thermodynamiques se déroulant dans la mésosphère." Le projet PoSSUM consiste à pulvériser du triméthylaluminium dans la mésosphère - et il est prévu d'enregistrer des panaches lumineux non pas depuis la surface de la terre, comme cela s'est produit précédemment dans le cadre du projet ATREX, mais depuis des avions à une altitude d'environ 6 500 mètres.
Le contenu de l'article
nuages nocturnes, les formations nuageuses les plus hautes de l'atmosphère terrestre, se formant à des altitudes de 70 à 95 km. Ils sont également appelés nuages mésosphériques polaires (PMC) ou nuages noctilumineux (NLC). C'est cette dernière appellation, qui correspond le plus précisément à leur apparition et aux conditions de leur observation, qui est acceptée comme norme dans la pratique internationale.
Les nuages noctulescents ne peuvent être observés que pendant les mois d'été : dans l'hémisphère Nord en juin-juillet, généralement de mi-juin à mi-juillet, et uniquement aux latitudes de 45° à 70°, et dans la plupart des cas de 55° à 65°. °. Dans l'hémisphère sud fin décembre et en janvier aux latitudes de 40° à 65°. A cette époque de l'année et à ces latitudes, le Soleil, même à minuit, ne descend pas très profondément sous l'horizon, et ses rayons glissants éclairent la stratosphère, où apparaissent des nuages noctilumineux à une altitude moyenne d'environ 83 km. En règle générale, ils sont visibles bas au-dessus de l'horizon, à une altitude de 3° à 15° degrés dans la partie nord du ciel (pour les observateurs de l'hémisphère nord). Avec une observation attentive, ils sont remarqués chaque année, mais ils n'atteignent pas une luminosité élevée chaque année.
De jour, même sur fond de ciel bleu clair, ces nuages ne sont pas visibles : ils sont très fins, « éthérés ». Seuls le crépuscule profond et l’obscurité nocturne les rendent visibles à un observateur au sol. Certes, à l'aide d'équipements élevés à haute altitude, ces nuages peuvent être enregistrés pendant la journée. Il est facile de voir l'étonnante transparence des nuages noctulescents : les étoiles sont clairement visibles à travers eux.
Pour les géophysiciens et les astronomes, les nuages noctulescents présentent un grand intérêt. Après tout, ces nuages naissent dans la région de température minimale, où l'atmosphère est refroidie jusqu'à –70° C, et parfois jusqu'à –100° C. Les altitudes de 50 à 150 km ont été mal étudiées, car les avions et les ballons ne peuvent pas s'élever. là-bas, et les satellites artificiels de la Terre ne peuvent pas y rester longtemps. Par conséquent, les scientifiques se disputent encore à la fois sur les conditions à ces altitudes et sur la nature des nuages noctulescents eux-mêmes, qui, contrairement aux nuages de basse troposphère, sont situés dans la zone d’interaction active de l’atmosphère terrestre avec l’espace. Poussières interplanétaires, matière météorique, particules chargées d'origine solaire et cosmique, les champs magnétiques sont constamment impliqués dans les processus physiques et chimiques se produisant dans la haute atmosphère. Les résultats de cette interaction sont observés sous la forme d’aurores, de lueurs aériennes, de phénomènes météoriques, de changements de couleur et de durée du crépuscule. Reste à savoir quel rôle jouent ces phénomènes dans le développement des nuages noctulescents.
Actuellement, les nuages noctulescents représentent la seule source naturelle de données sur les vents à haute altitude et les mouvements des vagues en mésopause, ce qui complète considérablement l'étude de sa dynamique par d'autres méthodes, telles que le radar des traînées de météores, le sondage par fusée et laser. Les vastes zones et la durée de vie importante de ces champs de nuages offrent une opportunité unique de déterminer directement les paramètres des ondes atmosphériques de différents types et leur évolution dans le temps.
En raison des caractéristiques géographiques de ce phénomène, les nuages noctulescents sont principalement étudiés en Europe du Nord, en Russie et au Canada. Les scientifiques russes ont apporté et apportent une contribution très significative à ce travail, et un rôle important est joué par les observations qualifiées obtenues par les passionnés de science.
Découverte des nuages noctulescents.
Certaines références aux nuages lumineux nocturnes se trouvent dans les travaux de scientifiques européens des XVIIe et XVIIIe siècles, mais elles sont fragmentaires et peu claires. L'époque de la découverte des nuages noctulescents est considérée comme juin 1885, lorsqu'ils furent remarqués par des dizaines d'observateurs dans différents pays. Les découvreurs de ce phénomène sont considérés comme T. Backhouse (T.W. Backhouse), qui les a observés le 8 juin à Kissingen (Allemagne), et l'astronome de l'Université de Moscou Witold Karlovich Tserasky, qui les a découverts de manière indépendante et les a observés pour la première fois sur le soirée du 12 juin (nouveau style). Dans les jours suivants, Tserasky, avec le célèbre astrophysicien de Pulkovo A.A. Belopolsky, qui travaillait alors à l'Observatoire de Moscou, étudia en détail les nuages noctulescents et détermina pour la première fois leur hauteur, obtenant des valeurs de 73 à 83 km, confirmé 3 ans plus tard par le météorologue allemand Otto Jesse (O. Jesse).
Les nuages lumineux nocturnes ont fait une grande impression sur Tserasky : « Ces nuages brillaient dans le ciel nocturne avec des rayons purs, blancs et argentés, avec une légère teinte bleutée, prenant une teinte jaune et dorée à proximité immédiate de l'horizon. Il y avait des cas où ils faisaient apparaître de la lumière, les murs des bâtiments étaient très visiblement éclairés et des objets vaguement visibles dépassaient fortement. Parfois les nuages formaient des couches ou des couches, parfois ils ressemblaient à des rangées de vagues ou ressemblaient à un banc de sable couvert d'ondulations ou d'irrégularités ondulées... C'est un phénomène si brillant qu'il est absolument impossible de s'en faire une idée sans dessins et explications détaillées. description. Certaines longues stries argentées éblouissantes, croisées ou parallèles à l’horizon, changent assez lentement et sont si nettes qu’elles peuvent être conservées dans le champ de vision du télescope.
Observation de nuages noctulescents.
Il ne faut pas oublier que les nuages noctulescents ne peuvent être observés depuis la surface de la Terre qu'au crépuscule profond, sur fond de ciel presque noir et, bien sûr, en l'absence de nuages troposphériques inférieurs. Il faut distinguer le ciel crépusculaire du ciel de l’aube. Les aurores sont observées au début du crépuscule civil, lorsque le centre du disque solaire descend sous l'horizon de l'observateur jusqu'à une profondeur de 0° à 6°. Dans le même temps, les rayons du soleil éclairent toute l'épaisseur des couches de la basse atmosphère et le bord inférieur des nuages de la troposphère. L'aube se caractérise par une riche variété de couleurs vives.
Dans la seconde moitié du crépuscule civil (profondeur solaire 3-6°), la partie ouest du ciel est encore éclairée par une aube assez brillante, mais dans les zones voisines, le ciel acquiert déjà des nuances bleu foncé profond et bleu-vert. La région du ciel la plus lumineuse pendant cette période est appelée le segment crépusculaire.
Les conditions les plus favorables pour détecter les nuages noctulescents sont créées pendant la période de crépuscule de navigation, lorsque le Soleil plonge sous l'horizon de 6 à 12° (fin juin, aux latitudes moyennes, cela se produit 1,5 à 2 heures avant minuit vrai). À l'heure actuelle, l'ombre de la Terre recouvre les couches inférieures, les plus denses et poussiéreuses de l'atmosphère, et seules les couches raréfiées sont éclairées, à commencer par la mésosphère. La lumière du soleil dispersée dans la mésosphère forme une faible lueur dans le ciel crépusculaire ; Dans ce contexte, la lueur des nuages noctulescents est facilement détectée, ce qui attire l'attention même des témoins occasionnels. Divers observateurs définissent leur couleur comme argent nacré avec une teinte bleutée ou bleu-blanc.
Au crépuscule, la couleur des nuages noctilumineux semble inhabituelle. Parfois les nuages semblent phosphorescents. Des ombres à peine perceptibles se déplacent le long d'eux. Certaines zones du champ nuageux deviennent nettement plus lumineuses que d’autres. Après quelques minutes, les zones voisines peuvent paraître plus lumineuses.
Malgré le fait que la vitesse du vent dans la stratosphère est de 100 à 300 m/s, la haute altitude des nuages noctulescents les rend presque immobiles dans le champ de vision d'un télescope ou d'une caméra. Par conséquent, les premières photographies de ces nuages ont été obtenues par Jesse en 1887. Plusieurs groupes de chercheurs à travers le monde étudient systématiquement les nuages noctulescents dans les hémisphères nord et sud. L’étude des nuages noctulescents, comme d’autres phénomènes naturels difficiles à prévoir, implique une large participation de passionnés de science. Tout naturaliste, quelle que soit sa profession principale, peut contribuer à la collecte d'informations sur ce phénomène atmosphérique remarquable. Une photographie de haute qualité de nuages noctilumineux peut être obtenue à l'aide d'un simple appareil photo amateur. Par exemple, vous pouvez utiliser un appareil photo Zenit avec un objectif Helios-44 standard ; avec une ouverture de 2,8 à 3,5 et une sensibilité de film de 100 à 200 unités. GOST recommande des vitesses d'obturation de 2 à 3 à 10 à 15 secondes. Il est très important que l'appareil photo ne tremble pas pendant l'exposition ; Pour cela, il est conseillé d'utiliser un trépied fiable, mais dans les cas extrêmes, il suffit d'appuyer l'appareil photo avec la main contre un cadre de fenêtre, un arbre ou une pierre ; Lorsque vous relâchez le déclencheur, veillez à utiliser un câble.
Pour que les images obtenues présentent non seulement un intérêt esthétique, mais ont également une signification scientifique et fournissent du matériel pour une analyse ultérieure, il est nécessaire d'enregistrer avec précision les circonstances de la prise de vue (heure, paramètres de l'équipement et du matériel photographique), et utilisez également les appareils les plus simples : des filtres de lumière, des filtres polarisants, un miroir pour déterminer la vitesse de déplacement des détails contrastés des nuages.
En apparence, les nuages noctulescents présentent certaines similitudes avec les cirrus élevés. Pour décrire les formes structurales des nuages noctilumineux lors de leur observation visuelle, une classification morphologique internationale a été élaborée :
Tapez I. Fleur, la forme la plus simple et uniforme, remplit l'espace entre des détails plus complexes et contrastés et présente une structure brumeuse et une faible lueur blanche et douce avec une teinte bleuâtre.
Type II. Des rayures ressemblant à des ruisseaux étroits, comme emportées par les courants d'air. Ils sont souvent disposés en groupes de plusieurs, parallèles les uns aux autres ou entrelacés sous un léger angle. Les rayures sont divisées en deux groupes : floues (II-a) et nettement définies (II-b).
Type III. Les vagues sont divisées en trois groupes. Pétoncles (III-a) - zones présentant un agencement fréquent de rayures parallèles étroites et nettement définies, comme de légères ondulations à la surface de l'eau avec une légère rafale de vent. Les crêtes (III-b) présentent des signes plus visibles de nature ondulatoire ; la distance entre les crêtes adjacentes est 10 à 20 fois supérieure à celle des pétoncles. Les courbures en forme de vague (III-c) se forment en raison de la courbure de la surface du nuage, occupée par d'autres formes (rayures, crêtes).
Type IV. Les vortex sont également divisés en trois groupes. Vortex à petit rayon (IV-a) : de 0,1° à 0,5°, soit pas plus grand que le disque lunaire. Ils plient ou recourbent complètement les rayures, les peignes et parfois les flairs, formant un anneau avec un espace sombre au milieu, rappelant un cratère lunaire. Tourbillons sous la forme d'un simple pli d'une ou plusieurs bandes s'éloignant de la direction principale (IV-b). Puissantes émissions vortex de matière « lumineuse » loin du nuage principal (IV-c) ; Cette formation rare se caractérise par une variabilité rapide de sa forme.
La zone de fréquence maximale d'observation des nuages noctilumineux dans l'hémisphère nord se situe entre 55 et 58° de latitude. De nombreuses grandes villes de Russie entrent dans cette catégorie : Moscou, Ekaterinbourg, Ijevsk, Kazan, Krasnoïarsk, Nijni Novgorod, Novossibirsk, Tcheliabinsk, etc., et seulement quelques villes d'Europe du Nord et du Canada.
Propriétés et nature des nuages noctulescents.
La plage d'altitude à laquelle se forment les nuages noctulescents est généralement assez stable (73 à 95 km), mais certaines années, elle se rétrécit à 81 à 85 km et s'étend parfois jusqu'à 60 à 118 km. Souvent, un champ nuageux est constitué de plusieurs couches plutôt étroites. La principale raison de la lueur des nuages est leur diffusion de la lumière solaire, mais il est possible que l'effet de luminescence sous l'influence des rayons ultraviolets du Soleil joue également un rôle.
La transparence des nuages noctulescents est extrêmement élevée : un champ nuageux typique ne bloque qu'environ 0,001 % de la lumière qui le traverse. C'est la nature de la diffusion de la lumière solaire par les nuages noctilumineux qui a permis d'établir qu'il s'agit d'amas de particules d'une taille de 0,1 à 0,7 microns. Diverses hypothèses ont été émises sur la nature de ces particules : on a supposé qu'il pourrait s'agir de cristaux de glace, de petites particules de poussière volcanique, de cristaux de sel dans une « couche » de glace, de poussière cosmique, de particules d'origine météorique ou cométaire.
Des nuages noctulescents brillants, observés pour la première fois entre 1885 et 1892 et apparemment jamais remarqués auparavant, suggèrent que leur apparition était associée à un puissant processus catastrophique. Un tel phénomène fut l'éruption du volcan Krakatoa en Indonésie le 27 août 1883. En fait, il s'agissait d'une explosion colossale d'une énergie égale à l'explosion de vingt bombes à hydrogène (20 Mt de TNT). Environ 35 millions de tonnes de poussière volcanique, s'élevant à une hauteur de 30 km, et une énorme masse de vapeur d'eau ont été projetées dans l'atmosphère. Après l'explosion du Krakatoa, des anomalies optiques ont été constatées : aurores brillantes, diminution de la transparence atmosphérique, anomalies de polarisation, anneau de Bishop (une couronne brun-rouge autour du Soleil avec un rayon angulaire externe d'environ 22° et une largeur de 10° ; le le ciel à l'intérieur de l'anneau est clair avec une teinte bleutée). Ces anomalies ont duré environ deux ans, s'affaiblissant progressivement, et des nuages noctulescents ne sont apparus que vers la fin de cette période.
L'hypothèse sur la nature volcanique des nuages noctilumineux a été exprimée pour la première fois par le chercheur allemand W. Kohlrausch en 1887 ; il les considérait comme de la vapeur d'eau condensée libérée lors de l'éruption. Jesse a développé cette idée en 1888-1890, estimant que ce n'était pas de l'eau, mais un gaz inconnu (peut-être de l'hydrogène) qui avait été éjecté par le volcan et gelé en petits cristaux. Il a été suggéré que la poussière volcanique joue également un rôle dans la formation de nuages noctilumineux en servant de noyaux pour la cristallisation de la vapeur d'eau.
L’accumulation progressive de données d’observation a fourni des faits qui allaient clairement à l’encontre de l’hypothèse volcanique. L'analyse des anomalies lumineuses après des éruptions volcaniques majeures (Mont Pelé, 1902 ; Katmai, 1912 ; Cordillera, 1932) a montré que ce n'est que dans de rares cas qu'elles s'accompagnaient de l'apparition de nuages noctilumineux ; il s’agissait très probablement de coïncidences aléatoires. Actuellement, l'hypothèse volcanique existe au début du 20e siècle. considérée comme généralement acceptée et même pénétrée dans les manuels de météorologie, n'a qu'une signification historique.
L'émergence de l'hypothèse météorique de l'origine des nuages noctilumineux est également associée à un phénomène naturel grandiose - la catastrophe de Toungouska le 30 juin 1908. Du point de vue des observateurs, parmi lesquels se trouvaient des astronomes et météorologues très expérimentés (V. Denning , F. Bush, E. Esclangon, M. Wolf, F. Arkhengold, D.O. Svyatsky, etc.), ce phénomène s'est manifesté principalement par diverses anomalies optiques observées dans de nombreux pays européens, dans la partie européenne de la Russie et de la Sibérie occidentale, à droite jusqu'à Krasnoïarsk. Parallèlement aux aubes lumineuses et aux « nuits blanches » qui se produisent dans des endroits où elles ne se produisent généralement pas même à la fin du mois de juin, de nombreux observateurs ont noté l'apparition de nuages noctilumineux. Cependant, en 1908, aucun des témoins oculaires d'anomalies optiques et de nuages lumineux ne savait rien de la météorite Toungouska. Les informations le concernant ne sont apparues sous forme imprimée qu'environ 15 ans plus tard.
En 1926, l'idée d'un lien entre ces deux phénomènes a été exprimée indépendamment par le premier chercheur du site sinistré de Toungouska, L.A. Kulik, et le météorologue L. Apostolov. Leonid Alekseevich Kulik a développé son hypothèse en détail, proposant un mécanisme très spécifique pour la formation de nuages noctilumineux. Il croyait que non seulement les grosses météorites, mais aussi les météores ordinaires, qui s'effondrent complètement à des altitudes de 80 à 100 km, délivrent leurs produits de sublimation dans la mésosphère, qui se condensent ensuite en particules de poussière les plus fines qui forment des nuages.
En 1930, le célèbre astronome américain H. Shapley, et en 1934, indépendamment de lui, le météorologue anglais F. J. Whipple (à ne pas confondre avec l'astronome américain F. L. Whipple) émettent l'hypothèse que la météorite Toungouska était le noyau d'une petite comète avec une queue de poussière. La pénétration de la matière de queue dans l'atmosphère terrestre a conduit, selon eux, à l'apparition d'anomalies optiques et à l'apparition de nuages noctilumineux. Cependant, l'idée que la cause des anomalies optiques de 1908 était le passage de la Terre à travers un nuage de poussière cosmique a été exprimée dès 1908 par l'un des témoins oculaires des « nuits claires » de cette période, F. de Roy, qui, bien sûr, ne savait rien de la météorite Toungouska.
Au cours des années suivantes, l'hypothèse du météore a été soutenue et développée par de nombreux astronomes, essayant d'expliquer avec son aide les caractéristiques observées des nuages noctulescents - leur morphologie, leur distribution latitudinale et temporelle, leurs propriétés optiques, etc. Mais l'hypothèse des météores dans sa forme pure n'a pas réussi à remplir cette tâche et, depuis 1960, son développement a pratiquement cessé. Mais le rôle des particules météoriques en tant que noyaux de condensation et croissance des cristaux de glace qui composent les nuages noctulescents est encore incontesté.
L'hypothèse de la condensation (glace) elle-même s'est développée de manière indépendante depuis 1917, mais n'a pas eu pendant longtemps des fondements expérimentaux suffisants. En 1925, le géophysicien allemand A. Wegener, s'appuyant sur cette hypothèse, calcule que pour que la vapeur se condense en cristaux de glace à une altitude de 80 km, la température de l'air doit être d'environ –100°C ; comme il s’est avéré lors d’expériences sur des fusées 30 ans plus tard, Wegener s’est avéré très proche de la vérité. Depuis 1950, dans les travaux de V.A. Bronshten, I.A. Khvostikov et d'autres, l'hypothèse de la condensation des météores des nuages noctilumineux a été développée ; les particules météoriques y jouent le rôle de noyaux de condensation, sans lesquels la formation de gouttelettes et de cristaux à partir de la vapeur dans l'atmosphère est extrêmement difficile. Cette hypothèse repose en partie sur les résultats d’expériences de fusées, au cours desquelles des particules solides microscopiques recouvertes d’une « couche » de glace gelée ont été collectées à des altitudes de 80 à 100 km ; lorsque des fusées ont été lancées dans la zone de nuages noctulescents observés, le nombre de ces particules s'est avéré être cent fois plus grand qu'en l'absence de nuages.
En plus des hypothèses « classiques » évoquées, d’autres, moins traditionnelles, ont été avancées ; Le lien entre les nuages noctulescents et l'activité solaire, les aurores et d'autres phénomènes géophysiques a été étudié. Par exemple, la source de vapeur d’eau dans la mésosphère était considérée comme la réaction de l’oxygène atmosphérique avec les protons du vent solaire (hypothèse de la « pluie solaire »). L'une des dernières hypothèses relie les nuages noctulescents à la formation de trous d'ozone dans la stratosphère. La zone de formation de ces nuages est étudiée de plus en plus activement en relation avec le transport spatial et stratosphérique : d'une part, les lancements de puissantes fusées équipées de moteurs hydrogène-oxygène constituent une source importante de vapeur d'eau dans la mésosphère et stimulent la formation de nuages, et d'autre part, l'apparition de nuages dans cette zone crée des problèmes lors du retour des engins spatiaux sur Terre. Il est nécessaire de créer une théorie fiable des nuages noctulescents, permettant de prédire et même de contrôler ce phénomène naturel. Mais de nombreux faits dans ce domaine restent encore incomplets et contradictoires.
Vladimir Surdin
Les nuages noctulescents, qui se forment presque à la frontière de l'atmosphère et de l'espace terrestres, ce qui complique grandement leur étude, gardent encore de nombreux secrets sur leur nature et leur origine.
Les premières preuves documentées de l'observation de nuages noctulescents se trouvent dans les travaux astronomiques de scientifiques de l'Ancien Monde. Ces documents remontent au milieu du XVIIe siècle et se caractérisent par une extrême rareté, un manque de systématisme et des faits contradictoires. Ce n'est qu'au cours de l'été 1885 que cet étrange phénomène attira l'attention de plusieurs astronomes de différents pays de l'hémisphère Nord. L'honneur de découvrir des nuages inhabituels sur la base des résultats d'observations indépendantes a été partagé entre le scientifique russe V.K. Tserasky et le scientifique allemand T.W. Backhouse. C'est l'astronome national qui a abordé l'étude d'un nouveau phénomène scientifique de la manière la plus responsable. Il a pu déterminer la distance approximative jusqu'aux limites de la manifestation d'un processus atmosphérique unique (environ 80 km) et la densité optique négligeable de ces formations. Au cours des trois années suivantes, les nuages noctulescents ont été étudiés par un autre scientifique allemand, Otto Jesse. Il a confirmé les données obtenues par Tserasky et a donné son nom actuel au phénomène nouvellement découvert.
informations générales
Les nuages noctilumineux (lumineux nocturnes, mésomorphes polaires) détiennent des records de l'atmosphère terrestre, l'altitude de leur formation varie entre 70 et 95 km. La formation de phénomènes de ce type n'est possible que dans les régions de la stratosphère présentant des régimes de température minimaux allant de -70 à -120°C. L'heure d'apparition des nuages noctilumineux est le soir et le crépuscule avant l'aube. Les caractéristiques zonales dans lesquelles se déroulent les processus de leur formation rendent pratiquement impossible depuis de nombreuses années l’obtention d’informations objectives sur cet étonnant phénomène atmosphérique. D'autres facteurs négatifs comprenaient la proximité de l'espace, la pénétration de particules de matière météorique et de poussière interstellaire, l'effet des champs magnétiques, diverses réactions physiques et chimiques et la dépendance des observations sur la position de la Terre et l'heure de la journée. De plus, l'altitude des nuages noctulescents de la mésosphère s'est avérée difficile à atteindre pour de nombreux avions modernes (trop élevée pour les avions, trop basse pour les satellites). Aujourd'hui, l'étude et la recherche d'un phénomène unique sont dominées par les représentants des tendances scientifiques géophysiques et astronomiques.
Propriétés et types
Image en ligne de nuages noctulescents du satellite AIM
La base des nuages noctulescents est constituée de cristaux d'humidité gelée qui se condensent puis forment une coquille de glace autour de particules microscopiques (0,1-0,7 microns) d'origine terrestre ou cosmique. Ceci explique la transparence maximale de telles formations, qui ne bloquent qu'un millième du flux lumineux.
Les étoiles sont clairement visibles à travers les nuages nocturnes. Le noyau des cristaux peut être constitué de fragments invisibles de matière météorique ou cométaire, de poussière volcanique ou interplanétaire, de particules gelées de vapeur d'eau. Depuis la découverte de ce phénomène, les scientifiques ont avancé diverses hypothèses sur ses causes et son origine. Les hypothèses ont évolué comme suit : volcanique (depuis 1887), météorique (depuis 1926), condensation (depuis 1950). D'autres théories sont apparues périodiquement, tentant d'expliquer le phénomène atmosphérique à l'aide de divers phénomènes géophysiques, mais elles n'ont pas trouvé de soutien dans les cercles scientifiques.
Les nuages noctulescents ont une structure variée, sur la base de laquelle ils sont classés selon ces caractéristiques en plusieurs types :
- Fleur– la forme la plus primitive, caractérisée par une structure floue et une lueur blanchâtre terne.
- Rayures– s’aligner en petites lignes parallèles ou entrelacées, rappelant les jets. Ils peuvent être nettement définis ou flous.
- Vagues- visuellement très similaire à la surface de l'eau déformée par de petites ondulations. Ils sont divisés en 3 sous-espèces.
- Vortex– représentent des tourbillons torsadés en forme d’anneau avec une partie centrale sombre. Sur la base du rayon et de la complexité de la structure, 3 sous-groupes sont distingués, dont le dernier comprend le phénomène le plus rare : des nuages ressemblant à une substance lumineuse diffusée par une explosion.
Aujourd’hui, les nuages noctulescents sont des formations uniques en leur genre qui contiennent des informations scientifiquement importantes sur les processus qui se produisent au cours de la mésopause. La recherche sur ce phénomène est menée à l'aide de méthodes de sondage par fusée, laser et radar, fournissant de nouvelles informations sur les mouvements atmosphériques des vagues, les vents à haute altitude et les processus affectant leurs changements temporels.
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Conditions et heure d'observation
Pendant la journée, il est peu probable que des nuages noctulescents soient trouvés et visibles dans le ciel. Leur temps est un ciel sombre et clair en pleine soirée ou au crépuscule avant l'aube, lorsque l'étoile terrestre descend de 6 à 12° sous l'horizon. Pendant cette période, les rayons du soleil cessent d'éclairer les masses atmosphériques inférieures, poursuivant leur impact sur les régions supérieures raréfiées : la stratosphère et la mésosphère. L'arrière-plan créé dans de telles conditions est optimal pour observer la beauté des nuages noctilumineux. Malgré la force du vent importante à haute altitude, les objets formés sont assez statiques, ce qui les rend plus faciles à étudier et à photographier, créant ainsi une excellente opportunité d'examiner tous les détails d'un phénomène rare. Les résidents des hémisphères sud et nord peuvent profiter des formes et des couleurs fantastiques des nuages noctilumineux. Pour le premier, cela est possible en janvier-février à 40°-65° de latitude, pour le second - juin-juillet, 45°-70°. L'endroit le plus possible pour l'apparition des objets est la partie nord du ciel, à une hauteur au-dessus de l'horizon de 3 à 15 degrés.
Voyages de nuages noctulescents dans le ciel de la Biélorussie à l'été 2013 !
Les premières photographies de haute qualité de nuages noctulescents ont été obtenues par le scientifique allemand Otto Jesse en 1887.
Les formations atmosphériques uniques de ce type sont très difficiles à distinguer de leurs homologues à plumes, c'est pourquoi une confusion surgit périodiquement parmi les amateurs de spectacles de lumière céleste sur cette question.
Pour les résidents de Russie, la zone optimale pour observer ce phénomène intéressant sera les latitudes comprises entre 55° et 58°.
Dans notre hémisphère, l'étude et la recherche des nuages noctilumineux ne sont accessibles qu'aux astronomes et météorologues de la Fédération de Russie, du Canada et de l'Europe du Nord. De plus, la contribution maximale aux découvertes dans ce domaine n'appartient pas aux scientifiques professionnels, mais aux amateurs.
La plage d'altitude dans laquelle se produisent les processus de formation du phénomène est inexplicablement capable de se comprimer jusqu'à 80-85 km, pour s'étendre ensuite jusqu'à 60-120 km.
La principale raison de la lueur colorée des nuages noctilumineux est l’effet de diffusion du spectre ultraviolet de la lumière solaire.
En 2007, les spécialistes de la NASA ont développé et lancé le projet AIM. La mission était composée d'un satellite dont l'équipement enregistre les principaux processus se déroulant dans la mésosphère de notre planète. Les instruments de haute précision ont élargi les connaissances sur la composition chimique des nuages noctilumineux en analysant et en mesurant les cristaux de glace, les molécules de gaz et les particules de poussière cosmique.
Conférence d'O.S. Ugolnikov à propos des nuages noctulescents
Vue nuage
Les nuages noctulescents (également appelés nuages mésosphériques) sont un phénomène rare, généralement observé pendant les mois d'été à des latitudes comprises entre 50° et 60° (latitude nord et sud). Souligné comme phénomène indépendant par V.K. Tserasky. L'étude des nuages noctulescents a été réalisée par V.V. Sharonov.
En tant que phénomène optique atmosphérique, les nuages noctilumineux sont des nuages brillant d'une couleur argentée de diverses formes bizarres, observés au crépuscule. Non observé pendant les heures de clarté.
Les nuages mésosphériques sont les nuages les plus hauts de l'atmosphère terrestre ; formés dans la mésosphère à une altitude d'environ 85 km et ne sont visibles que lorsqu'ils sont éclairés par le soleil au-dessus de l'horizon, tandis que les couches inférieures de l'atmosphère sont dans l'ombre de la Terre ; ils ne sont pas visibles pendant la journée. De plus, leur densité optique est si insignifiante que les étoiles les regardent souvent. Les nuages noctulescents n'ont pas été entièrement étudiés. Il a été suggéré qu'ils seraient constitués de poussière volcanique ou météorique, mais d'après les données du satellite UARS, on sait qu'ils sont principalement constitués de glace d'eau. Il s'agit d'un phénomène relativement récent : ils ont été signalés pour la première fois en 1885, peu après l'éruption du Krakatoa, et des spéculations ont eu lieu. Ils ont été étudiés depuis le sol et depuis l’espace, ainsi que par des sondes-fusées ; ils sont très élevés pour les ballons stratosphériques. Le satellite AIM, lancé en avril 2007, étudie les nuages noctulescents depuis son orbite. Il est à noter que les nuages noctulescents sont l'une des principales sources d'informations sur le mouvement des masses d'air dans les couches supérieures de l'atmosphère. Les nuages noctulescents se déplacent extrêmement rapidement dans la haute atmosphère – leur vitesse moyenne est d’environ 100 mètres par seconde. De nombreuses personnes photographient des nuages noctulescents. Il existe des sections sur les forums d'astronomie où les observateurs partagent leurs photographies.
Structure des nuages noctulescents
En 1955, N.I. Grishin a proposé une classification morphologique des formes de nuages noctulescents. Plus tard, c'est devenu une classification internationale. La combinaison de différentes formes de nuages noctulescents a formé les principaux types suivants :- Type I. Fleur, la forme la plus simple et uniforme, remplissant l'espace entre des détails plus complexes et contrastés et ayant une structure brumeuse et une lueur blanche faible et douce avec une teinte bleuâtre.
- Type II. Des rayures ressemblant à des ruisseaux étroits, comme emportées par les courants d'air. Ils sont souvent disposés en groupes de plusieurs, parallèles les uns aux autres ou entrelacés sous un léger angle. Les rayures sont divisées en deux groupes : floues (II-a) et nettement définies (II-b).
- Type III. Les vagues sont divisées en trois groupes. Pétoncles (III-a) - zones présentant un agencement fréquent de rayures parallèles étroites et nettement définies, comme de légères ondulations à la surface de l'eau avec une légère rafale de vent. Les crêtes (III-b) présentent des signes plus visibles de nature ondulatoire ; la distance entre les crêtes adjacentes est 10 à 20 fois supérieure à celle des pétoncles. Les courbures en forme de vague (III-c) se forment en raison de la courbure de la surface du nuage, occupée par d'autres formes (rayures, crêtes).
- TypeIV. Les vortex sont également divisés en trois groupes. Vortex à petit rayon (IV-a) : de 0,1° à 0,5°, soit pas plus grand que le disque lunaire. Ils plient ou recourbent complètement les rayures, les peignes et parfois les flairs, formant un anneau avec un espace sombre au milieu, rappelant un cratère lunaire. Tourbillons sous la forme d'un simple pli d'une ou plusieurs bandes s'éloignant de la direction principale (IV-b). Puissantes émissions vortex de matière « lumineuse » loin de la matière principale
Les nuages noctulescents sont les formations nuageuses les plus hautes de l'atmosphère terrestre, se produisant à des altitudes de 70 à 95 km. Ils sont également appelés nuages mésosphériques polaires (PMC) ou nuages noctilumineux (NLC). Ce sont des nuages légers et translucides qui sont parfois visibles sur le ciel sombre lors d’une nuit d’été aux latitudes moyennes et élevées.
"Ces nuages brillaient dans le ciel nocturne avec des rayons propres, blancs et argentés, avec une légère teinte bleuâtre, prenant une teinte jaune et dorée à proximité immédiate de l'horizon" - c'est ainsi que Vitold Karlovich TSERASKY décrit les nuages lumineux nocturnes , qui les observa pour la première fois le 12 juin 1885 à Moscou .
Des nuages noctulescents se forment dans les couches supérieures de l'atmosphère, à des altitudes de 80 à 90 km et sont éclairés par le Soleil, qui est tombé peu profondément sous l'horizon (par conséquent, dans l'hémisphère nord, ils sont observés dans la partie nord du ciel, et dans l'hémisphère sud - dans le sud). Pour leur formation, une combinaison de trois facteurs est nécessaire : une quantité suffisante de vapeur d'eau ; température très basse ; la présence de minuscules particules de poussière sur lesquelles la vapeur d'eau se condense et se transforme en cristaux de glace.
Lors de la formation de nuages noctilumineux, les centres de condensation de l'humidité sont probablement des particules de poussière de météorite. La lumière du soleil diffusée par de minuscules cristaux de glace donne aux nuages leur couleur bleu-bleu caractéristique. En raison de leur altitude élevée, les nuages noctulescents ne brillent que la nuit, diffusant la lumière du soleil qui les frappe sous l'horizon. De jour, même sur fond de ciel bleu clair, ces nuages ne sont pas visibles : ils sont très fins, « éthérés ». Seuls le crépuscule profond et l’obscurité nocturne les rendent visibles à un observateur au sol. Certes, à l'aide d'équipements élevés à haute altitude, ces nuages peuvent être enregistrés pendant la journée. Il est facile de voir l'étonnante transparence des nuages noctulescents : les étoiles sont clairement visibles à travers eux.
Les nuages noctulescents ne peuvent être observés que pendant les mois d'été dans l'hémisphère nord en juin-juillet, généralement de la mi-juin à la mi-juillet, et uniquement à des latitudes de 45 à 70 degrés, et dans la plupart des cas, ils sont plus souvent visibles à des latitudes de 55 à 65 degrés. Dans l'hémisphère sud, on les observe fin décembre et en janvier à des latitudes de 40 à 65 degrés. A cette époque de l'année et à ces latitudes, le Soleil, même à minuit, ne descend pas très profondément sous l'horizon, et ses rayons glissants éclairent la stratosphère, où apparaissent des nuages noctilumineux à une altitude moyenne d'environ 83 km. En règle générale, ils sont visibles bas au-dessus de l'horizon, à une altitude de 3 à 10 degrés dans la partie nord du ciel (pour les observateurs de l'hémisphère nord). Avec une observation attentive, ils sont remarqués chaque année, mais ils n'atteignent pas une luminosité élevée chaque année.
À ce jour, il n’existe pas de consensus au sein de la communauté scientifique quant à l’origine des nuages noctulescents. Le fait que ce phénomène atmosphérique n'ait été observé qu'en 1885 a conduit de nombreux scientifiques à croire que leur apparition était associée à un puissant processus catastrophique sur Terre - l'éruption du volcan Krakatoa en Indonésie le 27 août 1883, lorsqu'environ 35 millions de tonnes de matières volcaniques de la poussière et une énorme masse de vapeur d'eau. D’autres hypothèses ont également été émises : météorique, anthropique, « pluie solaire », etc. Mais jusqu’à présent, de nombreux faits dans ce domaine sont incomplets et contradictoires, de sorte que les nuages nocturnes continuent de constituer un problème passionnant pour de nombreux naturalistes.
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