NASA взорвало 220 литров воды, чтобы создать таинственные облака

    В России начинается сезон серебристых облаков. Примерно с мая по сентябрь вскоре после заката или незадолго до рассвета на небе можно наблюдать красивые яркие тонкие облака, подсвеченные солнцем, когда все другие, более низкие облака, уже или еще в тени. Несмотря на то, что ученые наблюдают эти облака с конца 19 века, до сих пор о них многое предстоит узнать. И, кроме наблюдений в различных диапазонах с поверхности и из космоса, проводятся и активные эксперименты. В начале 2018 года NASA запустило суборбитальную геофизическую ракету, которая распылила на высоте 85 км 220 литров воды, создав условия для формирования серебристых облаков.

    Две ракеты с трассерами для наблюдения за ветром на высоте, одна ракета с водой. Зеленый луч - лидар (лазерный радар). Фото NASA’s Wallops Flight Facility/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi
    Две ракеты с трассерами для наблюдения за ветром на высоте, одна ракета с водой. Зеленый луч - лидар (лазерный радар). Фото NASA’s Wallops Flight Facility/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi

    Упоминания о серебристых облаках встречаются с 1880-х. Похожие феномены в атмосфере наблюдали в 1883 после извержения вулкана Кракатау. А первооткрывателем их, скорее всего, является англичанин Роберт Лесли, заметивший странные светлые полосы в ночном небе в июле 1885 и написавший об этом в журнал Nature. Хотя, возможно, это был его соотечественник Томас Ромни Робинсон, наблюдавший некие странные облака 1 мая 1850. Известно, что серебристые, они же полярные мезосферные, облака состоят из частичек льда до 100 нанометров (0.0001 мм) диаметром, неким пока еще не очень хорошо понятным способом оказавшихся на высотах от 76 до 85 км. Они хорошо отражают излучение радара в диапазоне от 50 МГц до 1,3 ГГц, и этот факт пока что также имеет только гипотетические объяснения. Раньше серебристые облака можно было увидеть только выше 50° северной (или ниже южной) широты, но, возможно, они становятся более распространенными, потому что появляются свидетельства об их наблюдении вплоть до территории Турции.

    Ричард Коллинз, космический физик Университета Аляски, вместе с коллегами выдвинул гипотезу, что появление серебристых облаков может быть связано с охлаждением атмосферы. Для проверки гипотезы был поставлен эксперимент, названный Super Soaker (в честь производителей водяных пистолетов): 26 января 2018, в максимально неподходящее для формирования серебристых облаков время, была запущена суборбитальная геофизическая ракета, которая распылила 220 литров воды на высоте 85 км.

    Цилиндрический бак длиной 152 см и диаметром 42 см, два заряда из черного пороха по 0,7 кг каждый, и красивый взрыв в мезосфере гарантирован.

    Наземные испытания
    Наземные испытания

    Отклоняясь немного в сторону, это далеко не самое большое количество воды, распыленной в космосе. В 1962 году в двух испытательных пусках ракеты Saturn I был параллельно осуществлен проект Highwater - оба раза на высоте примерно 167 км выбрасывалось 86 тонн (!) воды.

    Наземные съемки проекта Highwater
    Наземные съемки проекта Highwater

    За образовавшимся облаком ледяных кристаллов наблюдали в том числе и с целью получить новую информацию о серебристых облаках, но в силу совсем другой высоты распыления значимых научных результатов именно в этой области это не принесло.

    А вот проект Super Soaker, несмотря на гораздо меньший масштаб, оказался успешным. Уже спустя 18 секунд после распыления наземный лидар зафиксировал увеличение отраженного сигнала, говорящее о формировании небольшого серебристого облака, первого, намеренно созданного человеком.

    Белая вертикальная линия - время выброса воды. Высота и время формирования облака отмечены белым овалом. Изображение Richard L. Collins et al.
    Белая вертикальная линия - время выброса воды. Высота и время формирования облака отмечены белым овалом. Изображение Richard L. Collins et al.

    Эксперимент наглядно показал, как охлаждение мезосферы на 26° C привело к появлению облака. Любопытно, что, по словам Коллинза, серебристые облака работают как термостат - охлаждение мезосферы формирует облако, но ледяные кристаллы лучше поглощают тепло, чем вода в форме пара, кристаллы нагреваются, тают и цикл повторяется.

    Также Super Soaker подтвердил интуитивно выдвинутую гипотезу о том, что на серебристые облака влияют ракетные пуски. Выхлоп кислородно-водородных двигателей, нередко стоящих на верхних ступенях, - водяной пар, и, например, один пуск спейс шаттла выбрасывал массу воды, составляющую примерно 20% от массы всех серебристых облаков за год.

    За серебристыми облаками с 2007 года наблюдает специальный спутник NASA "Аэрономия льда в мезосфере" (AIM).

    "Планетарная волна" серебристых облаков в южном полушарии (там их сезон с ноября по февраль)
    "Планетарная волна" серебристых облаков в южном полушарии (там их сезон с ноября по февраль)

    В заключение стоит отметить, что серебристые облака очень красиво смотрятся с земли, их любят снимать фотографы, да и вам стоит поглядывать на небо после заката или перед рассветом.

    Комментарии 9

      0
      Выхлоп кислородно-водородных двигателей, нередко стоящих на верхних ступенях, — водяной пар

      Керосин-кислородных — тоже наполовину водяной пар.
        +5
        хм, как-то я не задумывался о том, что летаем в космос практически на паровозах.
          0

          Алаверды от lozga со ссылкой. Кажется фантастикой.

            0
            >> SSME «Спейс Шаттла» имеет эффективность 0,978 относительно теории.

            Определения КПД бывают разные.

            98 процентов это разве что по сравнению с идеальным ракетным двигателем.

            Если определить КПД как процент кинетической энергии выхлопа относительно тепловой энергии топлива то будет меньше 80. Если относительно кинетической энергии ракеты то и вовсе единицы процентов.
              0
              Этот КПД значит что 2% топлива не сгорают в камере и улетают в трубу. КПД двигателя как тепловой машины будет сильно меньше 80%.
                0
                // КПД двигателя как тепловой машины будет сильно меньше 80%.

                Раптор — 3700 м/с это 6.8 МДж кинетической на кг выхлопа. 22 процента метана с теплотой сгорания 50 МДж — 11 МДж тепла на кг.

                Итого КПД 62 процента. Не сильно уж и меньше, какая реальная тепловая машина сравнится? 80 процентов это емнип кпд отдельно взятого околоидеального сопла Лаваля.
        +12
        Статья вроде про серебристые облака, но ни одного фото тех самых облаков
          +1

          Очень красиво! А как кто считает, это тоже серебряные облака? Такой засвет очень редко появлялся зимой в самые холодные дни. На этом фото температура -27°C

            +3
            Сезон серебристых облаков с мая по сентябрь в северном полушарии, напоминаю. На вашем фото может быть закат с усиленными в фоторедакторе цветами. Зимой сезон гало, но его на вашем фото не заметно.

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое