Тунгусский феномен / Исследования / Монографии / Васильев Н.В., Журавлев В.К., Журавлева Р.К., Ковалевский А.Ф., Плеханов Г.Ф. Ночные светящиеся облака и оптические аномалии, связанные с падением Тунгусского метеорита / § 6. ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДНЕВНОГО НЕБА В КОНЦЕ ИЮНЯ

1. ГАЛО, ВЕНЦЫ, КОЛЬЦО БИШОПА

В существующей литературе о Тунгусском метеорите, как правило, говорится об аномалиях сумеречного и ночного неба, наблюдавшихся после падения метеорита.

K сожалению, почти полностью забыты факты, свидетельствующие о том, что одновременно с этим имели место выраженные аномалии оптических свойств и дневного неба, на которых следует остановиться особо.

Уже в то время, когда в литературе появились первые сообщения о «светлой ночи» 30 июня 1908 г., многие наблюдатели опубликовали данные о появлении в этот же период времени в ряде пунктов Европы необычных по своей продолжительности и форме гало.

Так, Стевенс [121] сообщает из Оксфорда: «Сегодня здесь наблюдалось солнечное гало необычайной интенсивности и продолжительности. Оно представляло собою тогда непрерывное кольцо, западная и северо-западная части которого казались нам более бледными, а южная — самой яркой. Спустя полчаса, северный и южный квадранты круга были освещены одинаково... В таком виде явление продолжалось целых полтора часа. После 2 час 15 мин был видим лишь северный сегмент гало, а после 3 час 30 мин кольцо уже более не замыкалось, хотя два ложных солнца, на юге и на востоке, сохраняли следы первоначальной конфигурации. В 4 час 50 мин можно было наблюдать лишь диффузное бледное, окрашенное во все цвета радуги ложное солнце, расположенное в северной стороне. В б час. 15 мин. оно стало, однако, более очерченным, и в 6 час. полукольцо гало стало снова хорошо видимым. Так продолжалось до 6 час 20 мин. Необычно выраженные оранжевые тона окраски гало и темная окраска окруженной им области делали гало впечатляющим объектом наблюдения, особенно в период его максимума. В этот день небо было покрыто циррусами самого различного вида, расположенными в большом беспорядке. Частичное солнечное гало наблюдалось также 1 и 2 июля. Таким образом, установлен своеобразный рекорд наблюдения гало в течение трех дней подряд».

Наблюдения Стевенс подтверждает Kэв. «2 июля, — пишет он, — в один из дней, когда Стевенс наблюдала гало в Оксфорде, очень яркое гало было видимо в окрестностях Торбэя. Я впервые заметил его в 9 час утра, и оно оставалось хорошо видимым и в послеполуденное время. Наибольшей яркости оно достигало с 11 час утра до полудня... Форма гало была примечательной: главное гало имело обычный радиус в 22°, но восточнее и западнее имелись дуги, наибольшее расстояние которых от Солнца составляло 25°. Эти дуги постепенно переходили в 22-градусное гало. Общий вид гало был таков, как будто эллиптическое гало было совмещено с круговым. Ниже Солнца временами были видны фрагменты гало в 44°. Большие массы циррусов, двигавшиеся с востока, периодически проходили через гало, частично затемняя картину, но они, по-видимому, не были причиной его возникновения, потому что гало просвечивало через наиболее тонкую часть этих облаков и снова восстанавливало свою яркость после того, как они проходили. Очевидно, что гало было образовано облаками, располагавшимися выше обычных циррусов, но никакой четкой структуры не было видно» [122].

Подобное же явление наблюдалось в тот же день с 8 час 45 мин и вплоть до 10 час утра 2 июля на Рижском заливе. По словам автора сообщения, его можно было видеть в слое облаков, державшихся на небе все утро [123]. Метеостанция в Екатеринбурге [69] наблюдала 30 июня и 1 июля во второй половине дня столбы возле Солнца. Больше в Екатеринбурге в период с 26 июня по 5 июля 1908 г. подобные явления не регистрировались. В. Креббс, систематически проводивший наблюдения за гало и венцами в Гроссфлотбеке, близ Гамбурга, утверждает, что и июль, и август 1908 г. были необычайно богаты наблюдениями ложных солнц и гало самых редкостных конфигураций [16].

Уместно отметить, что в эти дни также наблюдались выраженные гало и венцы в ряде пунктов Соединенных Штатов Америки. Так, метеостанции Мэрисвел и Маунт-Нэбо (штат Юта) сообщают о резко выраженном солнечном гало, в тот же день в Нэфи и Тэодоре (штат Юта) наблюдалась солнечная корона [22]. В Вашингтоне солнечные гало наблюдались 1 и 2 июля. Больше в июне — июле 1908 г. гало в этом пункте не наблюдалось [22].

Интересно, что и во Франции, по данным обсерватории Парксен-Мор, появление гало предшествовало «светлым сумеркам» 30 июня 1908 г. Доказательством этому служит приводимая ниже выписка из сообщения Центрального метеорологического бюро Франции за 1908 г.:

июнь

26      — роса, туман,
27      — весьма облачно вплоть до 10 час, роса,
28      —роса, туман,
29      — роса, ясно,
30      — роса, гало, малооблачно, вечером молнии на юго-западе,

июль

1      — роса, гроза все утро,
2      — роса, гало, малооблачно,
3      — роса, гало, малооблачно,
4      — роса, туман [124].

Одновременно в ряде пунктов Европы было отмечено появление дифракционного кольца Бишопа, являющегося, как известно, индикатором запыленности нижних слоев атмосферы. О наблюдениях кольца Бишопа в Германии сообщает В. Креббс [16]. «Начиная с конца июня, — пишет он, — световой венец, названный именем Бишопа, сделался частым спутником яркого солнечного диска во время первых и последних 15 мин. его пребывания на небе». В другом сообщении этот же автор приводит фотографию кольца Бишопа, сделанную вскоре после 30 июня в Гамбурге. Оно имело простую форму [125]. Начиная с 27 июня, кольцо Бишопа наблюдал в Арнсберге и Ф. Буш [44, 105].

Имеются отдельные указания и на изменения цвета дневного неба в эти дни. Ф. Архенхольд [18] рассказывает, что днем 30 июня он осматривал строительство нового здания Трептовской обсерватории. Картина, которую он увидел сквозь недостроенную крышу и оконные проемы конференц-зала, удивила его: участки неба были настолько ярко окрашены в синий цвет, что напоминали синеву на известной картине Беклина «Поля блаженных». По словам Архенхольда, такой окраски ему не приходилось видеть ни в средних широтах, ни в Италии. Это наблюдение было подтверждено в Берлине Эндрюсом, который сравнивает цвет дневного неба 30 июня с кобальтом или ультрамарином. О «глубокосинем» цвете дневного неба 30 июня сообщают также Р. Зюринг и М. Вольф [4, 43]. Ф. де Руа, однако, не смог подтвердить данных Архенхольда в Антверпене [5].

Ф. Уиппл, один из первых связавший оптические аномалии лета 1908 г. с падением Тунгусского метеорита, также высказывал предположение о том, что некоторые аномальные явления имели место на севере Европы уже днем 30 июня. В подтверждение этому он приводит выдержку из дневника проф. Мона, проводившего наблюдения в Осло: 30 июня 1908 г. — перламутровые облака в 12.12 и 14.30, от 5 до 20° от Солнца; 3 июля 1908 г. — маленькие перламутровые облака точно над Солнцем в 14.12.

Нам представляется верным мнение Уиппла о том, что хотя связь появления перламутровых облаков со свечением ночного неба и не доказана, совпадение этих двух явлений во времени примечательно.

Все приведенные выше материалы хотя и имеют определенный интерес, но не дают все же права настаивать на том, что оптические свойства атмосферы в дневное время 30 июня — 2 июля 1908 г. действительно изменились. В пользу же изменений этих свойств говорят, однако, некоторые инструментальные наблюдения, к изложению которых мы и переходим.

2. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ

Кроме рассмотренных выше дневных и сумеречных аномалий неба, в июле 1908 г. наблюдался несколько необычный сдвиг поляризации неба перед заходом солнца и в период гражданских сумерек. Ф. Буш, наблюдавший этот эффект, отметил его аномальный характер и высказал предположение о его космическом происхождении [15].

Иенсен в 1937 г. впервые высказал мысль, что этот эффект является одним из следствий падения Тунгусского метеорита [126]. До сих пор не было сделано попыток проанализировать этот эффект, сопоставив его с другими аномалиями и данными о падении Тунгусского метеорита. В последнем обзоре И.Т. Зоткина [3], посвященном аномалиям ночного неба в июле 1908 г., о поляризационном эффекте лишь кратко упоминается.

Поляризационный эффект, наблюдавшийся в июле 1908 г., является одной из немногих количественных характеристик состояния атмосферы в дни после падения Тунгусского метеорита. Современное состояние теории атмосферной поляризации пока не позволяет использовать полностью заключающуюся в этом эффекте информацию. Тем не менее, анализ этого эффекта уже сейчас дает некоторые дополнительные сведения о природе явлений, связанных с Тунгусским метеоритом.

В 1908 г. исследование атмосферной поляризации велось, по-видимому, лишь в трех пунктах: в Арнсберге (Германия) Бушем, в США Кимбаллом и в Тортозе (Испания). В США и Испании велись измерения положения минимума поляризации в вертикале Солнца при различных зенитных расстояниях Солнца. Данные Кимбалла [127] могут быть использованы лишь для характеристики степени прозрачности атмосферы в западном полушарии накануне падения и после него. Данные для дней, близких к дню падения Тунгусского метеорита, не опубликованы. Некоторый интерес представляют усредненные данные Кимбалла [15, 127] о степени поляризации для зенитного расстояния Солнца 60°. Были определены средние значения степени поляризации на расстоянии в 90° от Солнца за 1903 — 1910 гг. и подсчитаны отклонения от этих значений по месяцам для каждого года (табл. 2). При этом в июле 1908 г. обнаруживается самое большое относительное увеличение степени поляризации за все 8 лет, которое отличается от близких по абсолютному значению увеличений в мае 1906 г. и в августе — сентябре 1909 г. более резким началом и концом. Действительно, отклонение от среднего в мае 1908 г. составляли 1 %, в июне +5 %, в июле +10 %, в августе +1 %.

Таблица 2 Данные Кимбалла о степени поляризации и отклонениях от среднемесячных значений в Вашингтоне за 1903-1910 гг. (зенитное расстояние Солнца 60⁰)

Месяцы	Средние значения,%	Отклонения, %
Месяцы	Средние значения,%	1903	1904	1905	1906	1907	1908	1909	1910
Январь	64	-	-12	-8	+5	+5	-2	0	+5
Февраль	63	-	-11	-11	+4	+6	+7	+5	+2
Март	61	-	-8	0	-4	+6	-	0	+5
Апрель	63	-	-6	-	+6	+7	-4	+2	-5
Май	57	-13	-2	-	+9	-2	+1	+5	-
Июнь	56	-18	+3	+2	+2	-	+5	+7	-
Июль	57	-9	-1	-3	-	-4	+10	+9	-
Август	58	-	-6	-3	-	-	+1	+9	-
Сентябрь	62	-7	-3	+5	-1	-	+1	+8	-
Октябрь	64	-9	+8	+5	0	-1	+3	+4	-
Ноябрь	66	-8	-8	+3	+6	-	+3	+6	-
Декабрь	63	-10	-1	+5	-	+1	-0	+7	-

Известно, что существует хорошо выраженная корреляционная связь между степенью поляризации в максимуме и вертикальной прозрачностью атмосферы (см., например, [128]). По данным Кимбалла, можно сделать, следовательно, вывод, что в июне 1908 г. прозрачность атмосферы над Вашингтоном заметно возросла, а в июле достигла наибольшего значения для данного месяца за рассматриваемые 8 лет. В августе и сентябре она уже мало отличалась от среднегодовых значений. Не отмечено понижения степени поляризации, а следовательно, и прозрачности и в 1909 г. В то же время выявлено систематическое понижение степени поляризации атмосферы в летние месяцы, что совпадает с выводом, сделанным Бушем в результате анализа поляриметрических наблюдений в Тортозе.

Отмеченное относительное увеличение степени поляризации атмосферы в июле над Вашингтоном вряд ли можно связывать с падением Тунгусского метеорита, так как естественнее было бы ожидать обратный эффект. Для определенного вывода требуются результаты поляриметрических измерений по отдельным дням лета 1908 г.

То же самое можно сказать и об опубликованных Бушем [15] результатах измерения степени поляризации в Тортозе.

Буш проводил в 1908 г. систематическое измерение высоты нейтральных точек Араго и Бабине как функции положения Солнца. В июне — июле 1008 г. эти измерения проводились в следующие дни: 24, 25, 28, 29 июня, 1, 22, 25 июля. 1 июля положение нейтральных точек Араго и Бабине оказалось резко сдвинутым по сравнению с предыдущими днями и со среднегодовой кривой (фиг. 13 и 14). 22 июля значения высоты точки Араго стали близкими к значениям 28 и 29 июня, тогда как возмущение для точки Бабине продолжало сохраняться, по заключению Буша, постепенно уменьшаясь, вплоть до конца сентября.

В связи с тем, что проблемой Тунгусского метеорита занимаются исследователи различных специальностей, в том числе весьма удаленных от атмосферной оптики, мы считаем необходимым, прежде чем перейти к более подробному описанию эффекта и его анализу, кратко изложить основные сведения о суточном ходе нейтральных точек и его изменениях под действием различных возмущений, тем более, что большая часть этих сведений в настоящее время рассеяна по различным, часто малодоступным изданиям.

Как известно, свет, рассеянный частицами атмосферы, в той или иной степени поляризован. Имеются лишь три точки на небесной сфере, посылающие неполяризованный свет. Они находятся в вертикале Солнца. Две из них расположены выше и ниже Солнца — это точки Бабине и Брюстера, третья — точка Араго — над антисолярной точкой. Области неба около Солнца и антисолярной точки посылают свет, плоскость поляризации которого составляет с вертикальной плоскостью угол больше 45° (отрицательная, или горизонтальная, поляризация). В вертикале Солнца эта область отделена нейтральными точками от области положительной, или вертикальной, поляризации (так называют поляризацию, плоскость которой составляет с вертикальной плоскостью угол, меньший 45°). Области горизонтальной и вертикальной поляризации на небесной сфере разделяются кривой Буша, вдоль которой плоскость поляризации имеет наклон 45°, форма кривой Буша близка к лемнискате, если Солнце находится у горизонта. Нейтральные точки находятся в местах пересечения кривой Буша с большим кругом, плоскость которого проходит через Солнце и точку наблюдения.

На фиг. 15 показано расположение нейтральных точек на небесной сфере после захода Солнца. Положение нейтральных точек на небе характеризуется их угловым расстоянием от Солнца — для точек Бабине и Брюстера и угловым расстоянием от антисолярной точки — для точки Араго. Указанные угловые расстояния в дальнейшем будем называть просто расстояниями соответствующих нейтральных точек. Расстояние точки Араго будем обозначать А, расстояние точки Бабине В, угловую высоту Солнца над (или под) горизонтом С, ниже эти величины приведены в градусах [129, 130].

Отрезки солнечного вертикала между точками Бабине и Брюстера, а также отрезок, расположенный ниже точки Араго, имеют отрицательную поляризацию, поэтому для высот Солнца С<А распределение поляризации по небесной сфере можно характеризовать отношением

(1)

Вид функций А=А(С) и В=В(С) для оптически невозмущенной атмосферы установлен на основании наблюдений. Существующие теории атмосферной поляризации описывают суточный ход нейтральных точек лишь в самых общих чертах.

Если Солнце находится в зените, область отрицательной поляризации стягивается в точку, совпадающую с Солнцем, и вся небесная сфера занята областью положительной поляризации. По мере движения Солнца к горизонту вблизи антисолярной точки поднимается из-за горизонта область отрицательной поляризации, в вертикале Солнца появляется точка Араго. При высотах Солнца от 20 до 5° (в среднем 14°) расстояние точки Араго проходит через так называемый вторичный максимум (обычно довольно расплывчатый, нерезкий). Затем по .мере приближения Солнца к горизонту начинается быстрое уменьшение области отрицательной поляризации, и, когда Солнце опускается под горизонт на 1°,5—2°,5, расстояние А проходит через четко выраженный минимум. При погружении Солнца под горизонт глубже 4° расстояние А очень быстро начинает увеличиваться. По наблюдениям Дорно, при погружении Солнца под горизонт на 11° высота точки Араго над горизонтом составляла 46—59°. Ночью все небо охвачено областью отрицательной поляризации.

Теоретически можно было бы ожидать, что ход точки Бабине в общем имеет вид, обратный ходу точки Араго. В ряде случаев это действительно наблюдается [15], но в целом характер функции В=В(С) отличается меньшим постоянством. Расстояние В проходит через максимум, как правило, раньше, чем А проходит через минимум, т. е. перед самым заходом Солнца. Иногда этот максимум разделяется на два отдельных пика или более.

Приблизительно при С=7°, а иногда значительно раньше ход точки Бабине приобретает такой же характер, что и ход точки Араго: обе точки быстро поднимаются к зениту. Расстояния для точки Араго, как правило, имеют большую величину, чем для точки Бабине.

Существование возмущений атмосферной поляризации, по-разному влияющих на обе рассматриваемые нейтральные точки, наводит на мысль, что ход каждой из этих точек отражает преимущественно состояния слоев атмосферы, находящихся на различных высотах. Однако это положение не доказано.

Зюринг связывал минимум точки Араго и максимум точки Бабине с рассеянием света в нижнем слое пыли в атмосфере. Быстрый рост значений точки Араго при углах погружения Солнца ниже — 4° толковался им как следствие резкого ослабления концентрации пыли на высоте 4 км [135].

Буш и Иенсен на основании многолетних наблюдений пришли к выводу, что ход и абсолютные значения расстояний обеих нейтральных точек могут испытывать существенные изменения под действием двух главных факторов: вулканических извержений и солнечной деятельности. Сильные вулканические извержения сопровождаются выбросом в атмосферу больших количеств вулканической пыли и вызывают ее помутнение даже в самых отдаленных районах, а иногда и в масштабе всего земного шара. При этом для положительных высот Солнца расстояния нейтральных точек оказываются повышенными, при отрицательных высотах Солнца — уменьшенными. Другими словами, в период сильных помутнений атмосферы при положительных высотах Солнца область отрицательной поляризации в вертикале Солнца увеличивается, после захода Солнца уменьшается.

Установлено [130, 136], что приращение расстояния А при высотах Солнца +4°,5 и выше может служить мерой степени запыленности атмосферы. Ход нейтральных точек является характеристикой, более чувствительной к запылению атмосферы, чем актинометрические характеристики. Как правило, при запылении атмосферы изменяются расстояния обеих точек — Араго и Бабине, причем приращения расстояний для точки Бабине больше, чем для точки Араго.

Первичное рассеяние создает, главным образом, положительно поляризованный свет; вторичное рассеяние — в основном естественный и (у горизонта) отрицательно поляризованный свет. Рост помутнения атмосферы влечет за собой снижение степени поляризации неба и усиление отрицательной поляризации. Поэтому увеличение расстояний нейтральных точек можно трактовать как усиление горизонтальной составляющей поляризации в связи с повышением роли процессов вторичного рассеяния на частицах аэрозоли. Значительно менее ясен характер связи расстояний нейтральных точек с coлнeчнoй активностью.

Особенности поляризационного сдвига в июле 1908 г. можно сформулировать в следующих положениях.

1) Внезапное возникновение. К сожалению, скорость возникновения может быть определена лишь с точностью до 2 суток, причем отсутствуют данные наблюдений в наиболее интересный день — 30 июня. Нет также данных утренних наблюдений. Тщательное изучение вечернего хода точек Бабине и Араго в дни 1908 г., предшествующие падению Тунгусского метеорита (2, 3, 5 января, 25 марта, 18 мая, 24, 25, 28 и 29 июня), предпринятое нами, позволяет сделать вывод об отсутствии каких-либо признаков постепенного возникновения эффекта. Ход кривых 29 июня и 1 июля резко различен (фиг. 13 и 14).

2) Инверсия действия на нейтральные точки. Приращения расстояний точки Араго были значительно больше, чем приращения расстояний точки Бабине при положительных высотах Солнца. Эта особенность эффекта была подчеркнута еще Бушем, который отметил, что эффект 1 июля 1908 г. имеет точно такой же характер, что и возмущение 1907 г. При этом он имел в виду указанную инверсию действия на нейтральные точки и то обстоятельство, что абсолютные значения приращений для обоих эффектов были близкими. Аналогичная инверсия имела место также во время возмущения 1919 г.

3) Необычный ход точки Араго. Сравнение хода точки Араго 1 июля 1908 г. с большим числом аналогичных характеристик, полученных разными авторами в разные годы, в том числе в годы возмущений (Араго, Брюстер. Кледен, Буш [15, 105]; Иенсен [126], Кимбалл [127], Дорно [136, 137], Зюринг [135], Роггенкамп [138]), позволяет сделать вывод, что ход точки Араго 1 июля имел несколько необычный характер. До захода Солнца форма кривой имела вид, обычный при сильных помутнениях атмосферы. Однако сразу же после захода Солнца плавный ход кривой был нарушен: вместо уменьшения расстояние точки Араго увеличилось на 0°,6 и продолжало сохранять это значение, несмотря на погружение Солнца под горизонт (вплоть до —4°,5) (фиг. 13). Колебания величины расстояния в этом интервале времени составляли 0°, 1, т. е. не превышали погрешности измерения, которая обычно составляет 0°,2—0°,3 [130]. При высоте Солнца —5°,5 расстояние А увеличилось на 0°,5, что можно было бы рассматривать как тенденцию к восстановлению нормальной формы кривой, если бы следующее измерение, которое было сделано при глубине Солнца под горизонтом в 7°,5, не выявило необычный резкий скачок: расстояние А уменьшилось до 17°,9. Дальше измерения не проводились. Таким образом, минимум кривой А=А(С) 1 июля 1908 г. исчез.

Нам не удалось найти среди опубликованных результатов наблюдений указанных выше авторов ни одного случая, когда ход кривой Араго носил бы подобный характер. Как правило, как бы ни деформировалась эта кривая, минимум в интервале высот Солнца от 0 до —3° всегда сохраняется, лишь иногда несколько сглаживаясь или становясь более плавным. Во время сильных запылений атмосферы он или становится даже более отчетливым и острым, или существенно не меняется по сравнению с периодом, когда возмущений нет. Это относится и к возмущению 1907 г.

4) Особенности хода точки Бабине. При высотах Солнца, больших +4°, расстояния точки Бабине незначительно превышали среднегодовые значения (фиг. 14). При приближении Солнца к горизонту превышение составляло 1,5—2°, После захода Солнца в ходе кривой наметился обычный максимум, однако при высоте Солнца — 2°,5 начался быстрый рост. При С=—5°,5 превышение над среднегодовым уровнем составляло уже 4°,5. Таким образом, наибольшие изменения точки Бабине наблюдались, в противоположность точке Араго, после захода Солнца. В общем форма кривой Бабине 1 июля не является необычной. Ход кривой Бабине в период возмущения 1907 г. отличается от ее хода 1 июля 1908 г. прежде всего отсутствием участка быстрого роста при высотах Солнца до —5°,5.

5) Быстрое исчезновение. Фиг. 16 и 17 иллюстрируют изменения расстояний нейтральных точек 22, 25 июля и 7 сентября. Расстояние В после захода Солнца 22 июля продолжало сохранять возмущение, лишь немного уменьшившись. Расстояние А при положительных высотах Солнца превышало соответствующее значение для 29 июня всего на 0°,5 и почти совпадало по величине со среднегодовым уровнем. Необычный горизонтальный участок при отрицательных высотах Солнца сохранился до С=3°,5, причем разброс точек около горизонтального участка кривой несколько увеличился, между .высотами С=—3°,5 и 4°,5 расстояние А резко возросло. Форма кривой для А при отрицательных высотах Солнца соответствует периоду перехода от возмущения 1 июля к нормальному состоянию.

Уже 25 июля форма кривой А имела обычный вид. Несколько повышенные, по сравнению со среднегодовыми данными, расстояния В наблюдались еще 7 сентября; 20 сентября абсолютные значения уже мало отличались от среднегодовых.

Таким образом, возмущение сохранялось в отчетливой форме в течение 23 ± 2 дней; его едва заметные следы сохранялись еще, возможно, немногим больше двух месяцев. В этом отношении эффект резко отличался от вулканогенных аномалий. Выше указывалось, что приращение расстояния точки Араго может служить мерой количества пыли, находящейся в воздухе. Сравнивая поляризационный эффект, совпавший по времени с падением Тунгусского метеорита, с поляризационным эффектом при извержении вулканов Катмай и Мон-Пеле [126], приходим к следующему выводу.

После Катмайского извержения в июне 1912 г. расстояние А увеличилось (при С=+4°,5) с 20°,1 до 26°,8, так что ΔА=6°,7. В 1914 г. величина ΔА составляла еще 3°, т. е. была почти одинаковой с величиной ΔА, при той же высоте Солнца, для 29 июня и 1 июля 1908 г. (ΔА ==2°,9). Таким образом, запыленность атмосферы в Арнсберге 1 июля 1908 г. и в 1914 г. была почти одинаковой. 22 июля 1908 г. величина ΔА составляла всего 0°,7. После же Катмайского возмущения величина ΔА достигла этого значения только в 1916 г., а исходное расстояние А восстановилось лишь еще через два года. Для аномалии 1903 г., связываемой с извержением вулкана Мон-Пеле в 1902 г., изменение ΔА от 3° до 0°,7 происходило в течение 5 лет.

Следовательно, если считать, что эффект 1908 г. был вызван обычным запылением атмосферы, то .скорость оседания этой пыли была в 35 раз больше, чем скорость оседания пыли после Катмайского извержения, и в 87 раз больше скорости оседания пыли после извержения Мон-Пеле. Кратковременность эффекта подчеркивается также тем, что среднегодовые кривые А=А(С), В=В(С), S=S(C), построенные по данным всех наблюдений, и аналогичные кривые, построенные по данным, из которых исключены аномальные дни, полностью совпадают. Лишь для кривой Бабине заметно небольшое влияние июльского эффекта на среднегодовую кривую для высот Солнца ниже —4°, но разница не превышает 0°,5.

На фиг. 18 .приведена зависимость отношения .S от С. Из графика видно, что эффект 1 июля можно охарактеризовать как значительное усиление отрицательной поляризации. Более медленный рост отношения S при отрицательных высотах Солнца по сравнению со средне-годовой кривой может быть истолкован как некоторое одновременное увеличение положительной поляризации. Из графика видно, что после захода Солнца возмущение сохранялось еще 22 июля; перед заходом Солнца 22 июля значение 5 было в пределах колебаний этой величины 28 и 29 июня, 25 июля, 7 сентября.

На кривой для расстояния точки Араго 1 июля можно .выделить три участка, вид которых может быть описан различными соотношениями: до захода Солнца значения А уменьшались приблизительно линейно с уменьшением высоты Солнца, затем, после захода Солнца, некоторое время с большей точностью выполнялось соотношение dA/dC=0, и, наконец, в конце гражданских сумерек наступило скачкообразное уменьшение А. Кривая для точки Бабине также обнаруживает резкую смену характера зависимости вскоре после захода Солнца.

Изменение хода нейтральных точек могло быть связано с изменением углов преимущественного рассеяния при изменении высоты Солнца, однако могла быть и более простая причина: вид кривой менялся при заходе Солнца с прекращением освещения прямыми лучами Солнца границы резко различающихся слоев атмосферы. При этом условия освещения на отрезке ОР (фиг. 15) .между точкой наблюдения и точкой пересечения линии наблюдения (0В или ОА) с солнечным лучом КР, касающимся земной поверхности, резко менялись: освещенность этого участка атмосферы падала, резко возрастала роль кратного рассеяния.

По формулам математической теории зари [134] можно определить высоту h, на которой находится точка пересечения солнечного луча, касающегося поверхности Земли, с линией визирования нейтральной точки. Эта высота может быть выражена следующим соотношением:

(2)

где r—радиус Земли; H—угловая высота нейтральной точки под горизонтом; С—угловая высота Солнца над горизонтом. При малых С высота h, как это легко видеть, зависит от С гораздо сильнее, чем от H. Расчет, проведенный по формуле (2), показывает, что 1 июля рост значений В точки Бабине начался, в то время когда в тень Земли погрузились слои атмосферы, лежащие на пути света, рассеиваемого нейтральной точкой, и находящиеся не далее чем в 3 км от поверхности Земли.

Соотношение А (С) = const для точки Араго нарушилось, когда прекратилось освещение прямыми лучами Солнца слоев атмосферы ниже 38 км, скачкообразное же уменьшение А в конце гражданских сумерек имело место тогда, когда эти лучи перестали освещать слои ниже 76 км. 22 июля горизонтальный участок кривой Араго сменился участком резкого роста, когда прекратилось освещение слоев атмосферы на высоте 25 км.

Если предположить, что уменьшение высоты h для точки Араго было обусловлено оседанием облака пыли, с которым был связан аномальный ход кривой А (С), то получается, что средняя скорость оседания пыли составляла 0,62 км/сутки. Время, которое требовалось облаку для оседания на 10 см, составляло, следовательно, 1,4 сек.

Сравнивая этот результат с опытными данными, которые получили Р. Брезина и В. Шмидт, и определяя время оседания сферических частиц различных веществ в абсолютно спокойной атмосфере [139], видим, что почти такое же время оседания имеют частицы окиси железа радиусом 10^{-3 см} (1,7 сек). Следует, однако, учитывать, что плотность воздуха в обоих случаях различна. Размер пылинок, вызвавших оптические аномалии в июле 1908 г., можно оценить при некоторых допущениях еще одним независимым способом, используя поляриметрические данные Буша. Выше было определено отношение скоростей оседания вулканической пыли и пыли, связанной с падением Тунгусского метеорита. Пусть R—радиус частиц, d—их удельный вес, V—скорость оседания. Индексом «т» будем обозначать величины, относящиеся к пыли, связанной с падением Тунгусского метеорита, индексом «к» — аналогичные величины для пыли, связанной с Катмайским извержением. Используя формулу Стакса (см., например, [139]), легко получить следующее равенство:

(3)

Радиус r_k, по Гетцу, равен 2,2·10^{-5 см,} по Дорно— 4,5-10^{-5 см.} Используя полученное выше значение V_T/V ==35 (см. стр. 81) и считая, что отношение d_K/d_T незначительно отличается от единицы, получим

см,

что согласуется, с точностью до одного порядка величины, с предыдущей оценкой. Этот результат находится также в согласии со сделанной В.Г. Фесенковым, на основании актинометрических данных, оценкой размеров частиц пыли, связанной с падением Тунгусского метеорита (10^{-4 см).}

Таким образом, быстрое исчезновение поляризационного эффекта, наблюдавшегося вслед за падением Тунгусского метеорита, вполне объяснимо, если считать, что этот эффект был связан с помутнением атмосферы из-за присутствия в ней частиц указанного размера.

Однако в таком случае остается непонятной причина быстрого спада необычного сумеречного освещения, если последнее связывать с обычным рассеянием на частицах пыли. В самом деле, при скорости оседания в 0,6 км/сутки высота пылевого слоя 30 июня, 1 июля и 2 июля могла различаться лишь незначительно и аномальное освещение должно было бы спадать в соответствии со скоростью спада величины А — расстояния при положительных высотах Солнца. Поэтому приходится неизбежно сделать вывод, что рассеяние солнечных лучей на частицах пыли было не единственной причиной аномальных сумеречных явлений 30 июня —1 июля 1908 г.

Инверсию действия на нейтральные точки в принципе можно было бы объяснить на основе допущения, что на ход точки Бабине большее влияние оказывают низко расположенные слои воздуха [139], тогда как ход точки Араго более чувствителен к запылению верхних слоев атмосферы. С этой точки зрения можно объяснить более длительное возмущение на кривой В(С).

Следует отметить то обстоятельство, что серебристые облака, наблюдавшиеся Бушем 1 июля, имели сильную отрицательную поляризацию. В связи с этим весьма примечательно описанное выше резкое уменьшение отрицательной поляризации при подходе земной тени именно к тем высотам, на которых обычно наблюдаются серебристые облака (около 80 км).

Относительно приведенных выше оценок высоты h следует сказать, что полученные значения могут оказаться несколько приуменьшенными. В настоящее время принято считать, что лучи Солнца, проходящие вблизи поверхности Земли, испытывают сильное поглощение и почти не проникают в верхние слои атмосферы. Однако одновременно с усилением поглощения усиливается и рассеяние, а следовательно, и отрицательная поляризация.

Оценка влияния этих эффектов на положение нейтральных точек вряд ли может быть в настоящее время выполнена достаточно надежно. По-видимому, поправка для h по порядку величины равна +10 км. Во всяком случае представляется маловероятным, чтобы приведенные значения h могли быть увеличены за счет этого эффекта более чем в 1,5—2 раза.

3. АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЛЕТА 1908 г.

Литературный материал, относящийся к актинометрии лета 1908 г., невелик. Судя по графикам, приводимым Н.Н. Калининым [140], составленным на основании наблюдений 14 станций северного полушария, заметного понижения прозрачности атмосферы летом 1908 г. не отмечалось. Более того, она значительно увеличилась сравнительно с летом 1907 г., когда имело место загрязнение атмосферы Земли пылью неизвестного происхождения.

Отметим, однако, что графики Н.Н. Калитина носят суммарный характер и не дают возможности выяснить вопрос о существовании колебаний прозрачности атмосферы на локальных участках и в ограниченные периоды времени.

В.Г. Фесенков [141], опираясь на цифровой материал, полученный обсерваторией Маунт-Вильсон в Калифорнии, показал, что во второй половине июля и в августе 1908 г. по крайней мере в одной точке американского континента было зарегистрировано заметное снижение прозрачности атмосферы. Автор объясняет его запылением нижних слоев атмосферы продуктами взрыва Тунгусского метеорита.

Нами были изучены материалы по актинометрии, полученные в июне — июле 1908 г. наблюдательными пунктами в Париже (Парк Сен-Мор), Варшаве, а также обсерваторией Смитсонианского института в США.

О степени прозрачности земной атмосферы мы судили по величине фактора мутности, найденного по формуле

(4)

где Т — фактор мутности; S_m—плотность потока прямой солнечной радиации в кал/см²·мин, S₀ — его значение за пределами земной атмосферы; m — атмосферная масса; q_m—коэффициент прозрачности абсолютно чистой атмосферы [142]. Величина S₀—определялась по формуле

(5)

где .== l,88 кал/см² мин для Европы или 1,94 кал/см² мин для Америки; R — радиус-вектор Земли. Атмосферная масса была найдена из соотношения

m = ρН^*,

где ρ — плотность воздуха и Н^*— высота однородной атмосферы.

Как известно, фактор мутности Т является наиболее надежной величиной для характеристики прозрачности атмосферы.

В табл. 3 представлены значения фактора мутности для Парижа по данным обсерватории Парк-Сен-Мор.

Как видно из приведенных выше цифр, фактор Т колебался в течение июня и июля в пределах от 3 до 5 единиц. Во всех случаях, когда его значение оказывалось близким к 5, отмечалась облачность, а в некоторых случаях имелось указание на то, что «Солнце было завуалировано».

30 июня и 1 июля величина фактора Т возросла, оставаясь, однако, в обычных пределах — 3,9—4,9; 2 июля наблюдения, к сожалению, не проводились; 4 июля было обнаружено помутнение атмосферы — величина фактора Т достигла 6,0; 6 июля он увеличился до 6,9, достигнув, таким образом, за июнь — июль рекордной величины 1. В дальнейшем произошла быстрая нормализация фактора мутности, и, начиная с 7 июля, вплоть до конца месяца величина его колебалась в обычных пределах.

Таблица 3 Значения фактора мутности в Париже в 1908 г.

Время	Т	Время	Т	Время	Т	Время	Т
1 июня		14.17	3,8	27 июня		13.00	3,4
10.02	4,2	14.52	3,3	10.49	4,1	13.06	3,1
10.09	3,9	7 июня		11.08	3,9	13.10	3,3
10.14	3,9	13.11	4,1	13.17	4,0	14.06	3,3
10.48..	4,0	11 июня		13.51	4,0	10 июля
13.00	4,5	10.05	5,2	14.31	3,6	9.32	3,3
10.07	4,1	10.58	5,0	28 июня		10.06	3,4
2 июня		12.55	5,3	8.47	3,8	10.22	3,3
8.20	3,4	13 июня		11.24	4,1	10.46	3,4
8.42	3,4	11.01	3,9	29 июня		11.04	3,4
8.59	3,5	15 июня		9.16	3,4	11.37	3,3
.9.30	3,5	10.35	4,0	9.45	3,4	12.46	3,3
10.00	3,6	10.40	3,3	10.34	3,5	13.19	3,3
10.31	4,1	13.13	3,4	11.02	3,6	13.52	3,3
11.01	3,9	13.20	3,4	11.29	3,5	14.25	3,3
11.25	4,2	14.35	3,4	12.01	3,6	15.07	3,1
12.53	3,8	17 июня		12.31	3,4	11 июля
13.10	3,9	13.38	3,5	12.58	3,5	9.27	3,5
3 июня		13.48	3,3	13.31	3,5	10.21	4,0
10.08	4,8	13.58	3,3	13.57	3,7	10.30	4,0
12.50	4,1	14.26	3,3	14.30	3,8	10.42	4,0
13.23	4,4	14.55	3,2	14.56	4,1	10.55	4,2
4 июня		26 июня		30 июня		15 июля
8.26	4,3	9.02	4,5	10.05	4,8	10.47	3,2
8.57	4,3	9.34	4,4	10.54	4,2	21 июля
9.30	4,4	10.05	4,3	12.56	4,9	9.34	3,3
10.00	4,1	10.36	5,2	13.43	4,6	22 июля
10.32	4,0	11.07	4,6	1 июля		13.13	4,2
10.52	4,1	11.30	4,5	13.09	3,9	23 июля
11.11	4,0	12.01	4,2	14.04	4,2	13.03	4,3
11.30	4,0	12.31	5,1	4 июля		24 июля
11.55	3,9	12.57	4,8	13.06	6,0	10.46	5,1
12.20	4,1	13.30	4,8	6 июля		26 июля
12.40	4,2	13.58	4,5	13.04	6,9	9.17	4,6
13.12	4,8	14.33	4,1	7 июля		27 июля
13.19	4,4	15.05	3,9	10.59	4,1	11.05	4,2
13.51	4,2			9 июля		13.17	4,1
				10.27	3,4

К сожалению, наблюдения, выполненные в Варшаве, имеют пробел с 27 июня по 11 июля и поэтому не дают возможности судить, был ли описанный выше эффект локальным, или он наблюдался на большой площади. Можно, однако, утверждать, что в периоды с 13 по 27 июня и с 11 по 30 июля 1908 г. прозрачность атмосферы по данным Варшавской обсерватории сохранялась (см. табл. 4).

Таблица 4 Величина фактора мутности Т летом 1908 г. по данным Варшавской обсерватории

Дата	13 июня	16 июня	17 июня	19 июня	20 июня	23 июня
Время Т	11.29 3,7	10.18 4,4	1.03 4,2	12.31 4,5	1.04 4,0	11.10 3,0
Дата	24 июня	25 июня	27 июня	11 июля	13 июля	17 июля
Время Т	11.22 3,2	9.54 3,4	10.11 3,3	11.29 3,7	10.58 4,1	11.41 4,2
Дата	18 июля	25 июля	27 июля	28 июля	29 июля	30 июля
Время Т	1.02 3,5	1.25 4,0	12.44 3,6	10.53 3,4	10.49 3,2	10.34 3,2

Равным образом, нам не удалось обнаружить каких-либо аномалий прозрачности атмосферы по данным Смитсонианского института (США, Калифорния) за период с 3 июня по 7 июля 1908 г. [22].

Изложенный материал позволяет говорить о том, что 4—6 июля 1908 г. в Париже наблюдалось кратковременное довольно сильное понижение прозрачности атмосферы, не связанное видимым образом с облачностью. В нашем распоряжении, к сожалению, нет каких-либо данных, с помощью которых можно было бы ответить на вопрос о территориальном распространении этого эффекта. Нам кажется, однако, вероятным, что описанный эффект находился в связи со всем комплексом оптических атмосферных явлений, совпавших во времени с падением Тунгусского метеорита. Представляется целесообразным дальнейшее накопление экспериментального материала, относящегося к данному вопросу.

Нам кажется, что изложенный в этом разделе материал дает право сформулировать следующие выводы:

1) в конце июня—июле 1908 г. имели место аномалии не только сумеречного и ночного, но и дневного неба;
2) последние сказались в появлении необычных по форме, размерам и длительности венцов и солнечных гало, а также в развитии Бишопова кольца;
3) 30 июня—1 июля имело место мощное, но кратковременное нарушение атмосферной поляризации;
4) эти явления, по-видимому, связаны с падением Тунгусского, метеорита.

Выводы более общего характера будут сделаны ниже, при обсуждении всего материала в целом.

1 При этом дается примечание о том, что Солнце было завуалировано (без указаний на облачность).

Войти в систему

§ 6. ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДНЕВНОГО НЕБА В КОНЦЕ ИЮНЯ - ИЮЛЕ 1908 г.