Obłoki srebrzyste

Ponieważ sezon na to zjawisko właśnie się rozpoczął, warto napisać coś na ten temat.

Obłoki srebrzyste to najwyższe obserwowane chmury. Pojawiają się na wysokości 75 - 80 km nad powierzchnią ziemi, w obrębie mezosfery, gdzie atmosfera jest bardzo rozrzedzona a temperatury dochodzą do -100 stopni. Ponieważ są cienkie i niezbyt gęste, nie obserwujemy ich w normalnych warunkach. Stają się możliwe do zaobserwowania pod odpowiednio małym kątem, ze sporego oddalenia, w sytuacji gdy słońce oświetla je a obserwator pozostaje w cieniu.
Warunki takie pojawiają się co roku w okolicach przesilenia letniego. Półkula północna jest wtedy skierowana bardziej do słońca, dlatego za kręgiem polarnym pojawia się dzień polarny, zaś w bardziej pośrednich szerokościach geograficznych pojawiają się "białe noce" z zauważalną poświatą od północnego horyzontu. Patrząc ze środkowej Europy obserwujemy wówczas nisko na północy oświetlone słońcem górne warstwy atmosfery, które ze względu na znaczne rozrzedzenie bardzo słabo rozpraszają światło, podczas gdy jej gęstsze, dolne sfery pozostają w cieniu.

Obłoki widziane pod kątem stają się wówczas widoczne jako błękitna, pofalowana warstewka, trochę podobna do położonych znacznie niżej cirrusów, świecąca delikatnym blaskiem na tle ciemniejszego nieba. Stąd zresztą wzięła się ich naukowa nazwa "noctilucent clouds" znaczy "obłoki świecące nocą".

Jest to w meteorologii zjawisko dość świeże. Po raz pierwszy jako osobny rodzaj chmur opisał je w czerwcu 1885 roku astronom Witold Ceraski, prowadzący obserwacje z obserwatorium moskiewskiego. Było to dwa lata po eksplozji wulkanu Krakatau, której popioły wpłynęły na klimat i wywoływały wyraźne efekty w atmosferze, sądzono zatem, że to skutek tego zdarzenia. Jednak z upływem lat zaczęły się pojawiać coraz częściej i coraz dłużej trwał okres ich obserwacji. Od 1887 zaczęto badać je fotograficznie; porównanie zdjęć wykonanych w tym samym czasie przez różnych obserwatorów pozwoliła przez triangulację wyliczyć wysokość i odległość w jakiej się pojawiają. Nie zauważono wyraźnego związku z dużymi erupcjami wulkanicznymi, więc ten związek musiano odrzucić. Zauważono natomiast, że lokalne obłoki o podobnym wyglądzie tworzą się do upadkach dużych meteorów.
Prawdopodobnie są złożone głównie z zamarzniętej wody osadzającej się na cząstkach pyłu kosmicznego i pyłu po spaleniu meteorów. Na taką możliwość wskazuje powstawanie podobnych obłoków podczas startów rakiet kosmicznych - fragmenty obłoków spalin po takim starcie, na odpowiednio dużej wysokości, rozwiane wiatrem tworzą świecące obłoki o cechach tych srebrzystych. W spalinach po starcie obecna jest woda i drobne cząstki stałe.

Obłoki srebrzyste widoczne z orbity

W normalnej sytuacji powietrze na tych wysokościach zawiera bardzo mało wody, ze względu na brak konwekcji w stratosferze atmosfera jest słabo wymieszana pionowo, ciśnienie rzędu 1 hPa (czyli właściwie "próżnia" osiągalna przy pomocy pompki wodnej). Prawdopodobnie woda tworząca obłoki jest w dużej mierze wytwarzana w wyniku reakcji docierającego tu metanu z ozonem wytwarzanym pod wpływem ultrafioletu. Przy tak niskiej prężności pary wodnej aby doszło do powstania kryształków lodu temperatura musi spaść poniżej -120 stopni co może tłumaczyć czemu zjawisko pojawia się głównie w okolicy przesilenia letniego - paradoksalnie latem nad lepiej doświetloną półkulą temperatura mezosfery spada, słońce bowiem świeci pod większym kątem, zatem promień przecina warstwę mezosfery na krótszym odcinku, mniej więc ciepła jest absorbowane. Mezosfera jest równocześnie generalnie najchłodniejsza nad biegunami, dlatego obłoki powstają tylko w strefach polarnych skąd są obserwowane w średnich szerokościach.

Interesująca i wciąż badana jest też chemia tych chmur. Balony meteorologiczne tam nie sięgają a satelity latają wyżej, dlatego warunki na tych wysokościach są słabo zbadane i opierają się głównie o metody spektroskopowe. Na pewno są zbudowane z cząstek lodu o rozmiarach kilku mikrometrów rozpraszających białe światło. Ich charakterystyczny niebieskawy kolor to efekt rozpraszania Tyndalla oraz bliskiej warstwy ozonowej. Podświetlające je światło najpierw przechodzi długą drogę przez górne warstwy atmosfery zawierające ozon a po rozproszeniu pokonuje równie długą drogą do obserwatora.
Inną ciekawą ich cechą jest to, że dość mocno odbijają fale radiowe. Mezosfera na tych wysokościach to część radiosfery,  więc warstwy umożliwiającej komunikację radiową na dużych dystansach. Obłoki srebrzyste odbijają fale radiowe dużo intensywniej. Jednym z ciekawszych wyjaśnień jest absorbowanie się na powierzchni ziaren atomów metali, bądź żelaza bądź sodu ze spalających się mikrometeorów. Atomy obojętnego sodu są obecne na tej wysokości w dość dużej ilości, zaś w tak ekstremalnie niskich temperaturach mogą osadzać się na powierzchni ziarna lodu nie reagując z wodą.

Jak wspomniałem wcześniej, odkryte jako osobne zjawisko w XIX wieku nocne obłoki świecące początkowo pojawiały się w pobliżu przesilenia letniego, lecz stopniowo zaczęto widywać je coraz częściej, z roku na rok, a czas ich pojawiania się poszerzył się. Częściowo może to wynikać z postępu wiedzy, dawniejsze pojawienia się mogły być po prostu brane za zorzę polarną, z zapisków angielskiego astronoma Thomasa Romney'a Robinsona, prowadzącego obserwacje z terenów Szkocji znamy dwie obserwacje mogące być tym zjawiskiem, pochodzące z lat 50 XIX wieku.
Po pracach Ceraskiego zaczęto tych obłoków wypatrywać i stąd więcej obserwacji. Jednak porównanie zapisków o czasie pojawienia się najwcześniejszych i najpóźniejszych obłoków wskazuje na poszerzanie zakresu obserwacji i zwiększenie częstości pojawienia. Z czegoś to musi wynikać.

Najbardziej prawdopodobne wydaje się, że zwiększona częstość pojawiania obłoków w mezosferze to skutek globalnego ocieplenia i to na dwa sposoby - zatrzymywanie ciepła w troposferze przez gazy cieplarniane to mniejszy strumień ciepła od powierzchni ziemi, a zatem lepsze wychładzanie mezosfery. Drugi efekt to rosnące stężenie metanu który z pewnym opóźnieniem dociera aż tutaj i rozkłada się pod wpływem ozonu i ultrafioletu, wytwarzając wodę.

Jak obserwować?
Obłoki srebrzyste pojawiają się w zakresie kilku tygodni wokół przesilenia letniego, zwykle największe nasilenie osiągają dwa tygodnie po nim, na początku lipca. Pojawiają się wówczas gdy słońce jest od 6 do 16 stopni pod horyzontem, zatem w okolicach samego przesilenia mogą pojawiać się między 22 a 2 przez całą noc, najintensywniejsze są jednak wieczorem i przed świtem.
Można wypatrywać ich na północno-zachodnim niebie, nisko nad horyzontem od godziny po zachodzie do 23 lub będąc nocnym markiem, jak ja, od 1 do 3 w nocy bardziej na wschód. Z tego co zauważyłem, często jaśniejsze i wyraźniejsze pojawiają się w drugiej części nocy, co jest niestety powodem przez który mało ludzi je widziało.

Można je rozpoznać po niebieskawym kolorze odcinającym się na ciemnym tle. Są przezroczyste, widać przez nie gwiazdy. Najintensywniejszy jest zwykle pas wysoki do 15-20 stopni nad horyzont, bardziej białawy, przy większej intensywności u dołu podbarwiony na żółtawo a nawet pomarańczowo. Bliżej wschodu lub zachodu słońca sięgają wyżej, choć wówczas już na bardziej rozjaśnionym niebie. Zwykłe chmury, nawet cirrusy, są widoczne jako ciemne na ich tle, nie dosięga do nich bowiem światło. Bardzo jasne fragmenty mogą być widoczne także przy świecącym księżycu, choć w takie noce trzeba uważać aby nie pomylić ich z chmurami oświetlonymi księżycem.

Zwykle mają wygląd lekko sfalowanych płaszczyzn z przeplecionymi pojedynczymi pasmami. Istnieje klasyfikacja wzorów wymieniająca zamknięte pętle, ciemniejsze obszary, krzyżujące się pasy i inne rzadsze typy. Najlepiej znaleźć miejsce z odsłoniętym północnym horyzontem i bez świateł miejskich, choć jak pokażą zdjęcia całkiem nieźle da się je obserwować z miast. No i oczywiście trzeba mieć szczęście bo nie każdej nocy się pojawiają

Sam obserwuję je od około 2005 roku, początkowo rysowałem je w notatniku:

6 lipca 2006

Pamiętam, że jedne z najładniejszych pojawiły się w roku 2007, potem w 2009 kiedy to po raz pierwszy zrobiłem im zdjęcie:

13 lipca 2009

Następnych kilka lat było pod tym względem słabszych. Najlepsze pojawiły się w lipcu 2014. Najpierw wieczorem 3 lipca pojawiły się efektowne ale nie sięgające wysoko obłoki, które oglądałem z łąk poza osiedlem:

Gdy przed północą zanikły sądziłem, że to na dziś koniec. Jednak po pierwszej w nocy zauważyłem nisko bardzo intensywną ławicę:

Wzór stopniowo rozszerzał się i zwiększa się widoczny obszar:

Niebo było jeszcze całkiem ciemne, tymczasem jak widać obłok świecił jasno jak widoczny niżej blok oświetlony latarniami. Wyglądał jak przeklejony do nocy kawałek dziennego nieba. Na jego tle widać ciemniejszą smugę kondensacyjną (góra część jest podświetlona światłem bijącym od obłoku). W miarę upływu czasu widać było coraz większy podświetlony obszar, który ostatecznie rozciągał się do 60 stopni szerokości i miejscami tyleż wysokości, ujawniający bardzo ciekawy, skomplikowany wzór:

Około 2:30 obłoki były na tyle jasne, że rzucały słaby, rozproszony cień

Pod koniec, gdy niebo w tle zaczynało się już robić jasne, najwyższe fragmenty ujawniły ładną pofalowaną strukturę, niektóre pasma sięgały prawie do zenitu. Natomiast dolne rejony podbarwiły się na żółto:

To była piękna noc, napsztykałem wtedy prawie 50 zdjęć.

Ładne pojawiły się też 19 czerwca 2016, wybrałem się wtedy w plener aby uchwycić je w jakimś ładnym kadrze:

W tym roku dość długo czekałem aż się pojawią. Zwykle zaczynają być zauważalne na początku czerwca, czasem pod koniec maja, i są widoczne do końca lipca, raz widziałem je 1 sierpnia. Pierwsze tegoroczne obłoki srebrzyste pojawiły się 19 czerwca, czyli trzy dni przed przesileniem, były dosyć słabe, zauważyłem je przed świtem, w sumie przypadkowo.:

ładniejsze pojawiły się 20 czerwca:

Zdjęcie zostało zrobione z Mokotowa na północ, jak widać cała Warszawa z rozświetlonym Śródmieściem nie przeszkodziła ich oglądać.
Później widziałem je jeszcze 29 czerwca wieczorem:

Potem w obserwacjach przeszkadzały chmury ale podobno były dobrze widoczne przedwczoraj.

Tak więc gorąco zachęcam do obserwacji, na pewno jeszcze się trafią, a to na prawdę piękne zjawisko, rekompensujące nam rzadkie pojawianie się zórz polarnych.


-------
* https://en.wikipedia.org/wiki/Noctilucent_cloud