Где создается заря?

Почему заходы и восходы Солнца сопровождаются чарующей игрой красок на небосводе? В чем причина необычных багряных зорь?

Эти вопросы древние, как мир. Человек во все времена задумывался над ними. Не так просто дать исчерпывающие ответы на них и сегодня, хотя проделаны фундаментальные исследования процессов рассеяния света, протекающих во время сумерек.

Начнем с самого простого и наглядного. В месте захода Солнца его лучи идут параллельно плоскости горизонта. Ввиду резкого возрастания плотности воздуха в направлении земной поверхности световые лучи, проходящие на разных высотах над Землей, будут испытывать разное ослабление за счет рассеяния света. Луч, идущий ближе всего к Земле, проходит через самые плотные слои и будет ослаблен сильнее других. За счет рассеяния он потеряет значительную часть своих коротковолновых лучей и приобретет поэтому красную окраску. Луч, идущий выше него, будет ослаблен меньше и станет оранжевым, еще более высокий луч - желтым. Над ним выше пойдут малоослабленные белые солнечные лучи. Важно отметить, что, подойдя к месту захода Солнца, лучи уже приобрели разные цвета.

Окрашивание облаков перед заходом Солнца и сразу после него и изменение их цвета по мере опускания Солнца объясняется тем, что облака освещаются уже окрашенными лучами. Красная окраска гор перед самым заходом Солнца также обусловлена этим процессом.

Вернемся еще раз к рис. 13.1. Когда мы, находясь в точке А, смотрим снизу на терминатор и вдоль него в направлении падения лучей, то видим самые нижние лучи, окрашенные в пурпуровый цвет. Рассеяние пурпуровых лучей, без сомнения, играет важную роль в возникновении пурпурового пятна, окраске пояса Венеры и других зоревых явлений.

Из изложенного в предыдущей главе о сумеречном методе следует, что главную роль в рассеянии солнечного света в сумерки играют не приземные слои воздуха, а слой атмосферы, лежащий выше терминатора примерно на 20 км, т. е. в стратосфере. Исследования процессов рассеяния солнечного света во время сумерек с учетом многократного рассеяния привели Г. В. Розенберга к такому же выводу. Главная "кухня" по формированию всех зоревых явлений находится в стратосфере на высотах от 19 - 20 до 25 км. На этих высотах в стратосфере постоянно наблюдается относительно стабильный аэрозольный слой.

Заборы проб воздуха с этих высот с помощью самолетов и баллонов стратостатов, выполненные в 1958 г. X. Юнге, показали, что аэрозоль в этом слое состоит в основном из капелек серной кислоты и ее солей. Этот слой назвали слоем Юнге.

Откуда же берется серная кислота и другие соединения серы на этих высотах в стратосфере? Как было установлено в дальнейшем, соединения серы не заносятся в этот слой воздушными потоками с Земли, а рождаются в нем в результате цепи химических реакций, в частности реакции сернистого газа с озоном. Сернистый газ выбрасывается в стратосферу при извержениях вулканов. Озона на этих высотах много. Как раз близко по высоте к аэрозольному слою лежит максимум концентрации озонного слоя (порядка 25 км), весь же озонный слой располагается на высотах от 10 до 50 км. Подавляющее большинство аэрозольных частиц этого слоя (99%) имеют размер от 0,1 до 1 мкм. Эта высокодисперсная, субмикронная фракция аэрозоля даже в разреженной стратосфере оседает и выпадает очень медленно. Время жизни частиц при средней концентрации может составлять несколько дней, недель, месяцев и более. Чем больше концентрация частиц, тем меньше время их жизни. Газовыделение вулканов с избытком обеспечивает обновление частиц этого слоя. В нормальном состоянии в этом аэрозольном слое содержится над всем земным шаром около 10 тыс. т аэрозоля.

Многие особенности обычных зорь - пурпуровый свет, пояс Венеры, пылание гор, как и "возмущенных" зорь, т. е. зорь, появляющихся после извержений вулканов, Розенберг объясняет сложным процессом рассеяния, дифракции солнечных лучей в этом аэрозольном слое. Поэтому этот слой называют также зоревым слоем.