Серебристые облака и их наблюдение

Рис 19.Индикатрисы рассеяния для частиц разного размера (по К. С. Шифрину) и для частиц серебристых облаков.

_{I — r — 0,25 мкм, II — r — 0,10 мкм, III — r — 0,05 мкм, 1 — индикатриса рассеяния серебристых облаков по О. Б. Васильеву, 2 — то же по Ч. И. Виллманну.}

Мы видим, что чем крупнее частицы, тем более вытянута индикатриса рассеяния вперед. Это значит, что крупные частицы основную долю падающих лучей рассеивают не назад, как отражающий экран, а вперед. Именно поэтому серебристые облака, расположенные ближе к горизонту, кажутся ярче — ведь Солнце расположено за ними, и направление «облако — наблюдатель» и есть для них направление вперед.

Там же, на рис. 19, нанесены индикатрисы рассеяния, полученные О. Б. Васильевым (кривая I) и Ч. И. Виллманном (кривая 2). Наблюдения не позволили получить всю индикатрису, и поэтому изображены только ее отрезки. Можно заметить, однако» что индикатриса О. Б. Васильева сильнее вытянута вперед и походит на теоретическую кривую I, тогда как индикатриса Ч. И. Виллманна — более гладкая и походит на кривую II. Это связано, по-видимому, с различием в размерах частиц: в ночь 31 июля — 1 августа 1957 г. средний радиус частиц, по определению О. Б. Васильева, составил r = 0,75 мкм, тогда как Ч. И. Виллманн из наблюдений 30–31 июля 1959 г. определил r = 0,1 мкм. Такие различия в принципе вполне возможны, и мы еще вернемся к этому вопросу.

В свое время В. К. Цераский был обеспокоен возможностью неучтенного поглощения света звезд серебристыми облаками. В наше время стало возможным определять оптическую толщину серебристых облаков из наблюдений. Напомним, что оптическая толщина τ связана с коэффициентом пропускания Т соотношением

τ = — ln T, (13)

иначе говоря, τ= 1, если оптическая среда поглощает долю 1/е

падающего излучения (е = 2,718…— основание натуральных логарифмов).

Методы фотографической фотометрии и лазерного зондирования серебристых облаков в СССР и США дали в хорошем согласии друг с другом значения τ от 2∙10^-6 до 5∙10^-4. Поскольку ослабление блеска звезды в звездных величинах Δm равно

Δm = — 2,5∙lgТ, (14)

а соотношение между натуральным и десятичным логарифмом таково, что lnТ ~= 2,30∙lgТ, то из сравнения (13) и (14) ясно, что величина Δm в звездных величинах близка к τ. Таким образом, ослабление звезд серебристыми облаками ничтожно и составляет десяти- и стотысячные, а иногда даже миллионные доли звездной величины. Никакой сверхточный фотоэлектрический фотометр не в состоянии зарегистрировать подобные изменения блеска, так что опасения В. К. Цераского были совершенно напрасны.

Поляризация света. Теория рассеянии света крупными частицами[3]

) показывает, что рассеянный ими свет должен быть частично поляризован, т. е. световые колебания будут происходить не равномерно во всех плоскостях, перпендикулярных к лучу, а будут группироваться ближе к плоскости рассеяния, проходящей через падающий и рассеянный лучи, или к плоскости, ей перпендикулярной. В первом случае поляризация считается отрицательной, во втором — положительной. Если перпендикулярную и параллельную плоскости рассеяния компоненты поляризованного света обозначить соответственно через I₁ и I₂, го степень поляризации, по определению, будет равна

p = (I₁ — I₂)/(I₁ + I₂

), (15)

Величина р часто выражается в процентах.

Измерения советских исследователей Т. М. Тарасовой, О. Б. Васильева, Ч. И. Виллманна, шведского наблюдателя Г. Витта и других показывают, что степень поляризации серебристых облаков обычно заключена в пределах от 2 до 50 %, но, как правило, растет с углом рассеяния θ (угол ВСА на рис. 18). По кривой изменения р(θ) можно определить важный параметр

α = 2π∙r/λ, (16)

где λ — длина волны излучения, а по параметру α — средний радиус частиц г. Расчеты Ч. И. Виллманна и Г. Витта привели к значениям r = 0,12÷0,15 мкм, тогда как наблюдения О. Б. Васильева, хотя и в узком интервале углов θ, ближе соответствовали оценке r = 0,75 мкм, впрочем, в хорошем согласии с его же оценкой по индикатрисе рассеяния (см. выше). Т. М. Тарасова получила r = 0,54÷0,6 мкм.

Спектрофотометрия серебристых облаков. Ценную информацию об оптических свойствах серебристых облаков может дать их спектр. С одной стороны, распределение интенсивности отраженных лучей по спектру характеризует их цветовые свойства, что позволит судить о природе слагающих их частиц. С другой стороны, еще в 1923 г. советский астроном И. И. Путилин высказал гипотезу, что серебристые облака не только рассеивают солнечные лучи, но и люминесцируют, т. е. переизлучают солнечную радиацию в других длинах волн, возможно, в виде узких полос излучения.