Самые высокие облака Земли опустились на 690 метров за 130 лет

Самые высокие облака в атмосфере Земли медленно опускаются к планете. К такому выводу пришло новое исследование, сравнившее современные наблюдения с измерениями более чем 130-летней давности. Изменение происходит примерно в 80 километрах над поверхностью, в отдалённом слое атмосферы, где летние температуры могут опускаться ниже минус 130 градусов Цельсия. Речь идёт о серебристых облаках, которые теперь формируются в среднем примерно на 690 метров ниже, чем в исторических записях. Исследователи полагают, что сдвиг связан с ростом углекислого газа, который охлаждает и сжимает верхнюю атмосферу, даже когда он нагревает воздух у земли. Однако измеренная скорость снижения составляет лишь около половины от того, что предсказывает одна из устоявшихся атмосферных моделей.

Результаты получены из препринта, поданного 30 октября 2026 года группой исследователей из российских научных учреждений, включая Институт космических исследований Российской академии наук и Московский государственный университет имени Ломоносова. Ведущий автор — Олег С. Угольников. Команда проанализировала примерно 20 000 отдельных измерений, записанных между 2020 и 2026 годами, и сравнила их с историческими наблюдениями, уходящими к 1890 году. Результаты указывают, что средняя высота серебристых облаков сейчас снижается примерно на 1,2 километра за столетие. Авторы сообщают о статистической достоверности выше 99,5 процента для этой тенденции. Поскольку работа является препринтом, она ещё не прошла формальное рецензирование.

Серебристые облака — одни из самых необычных природных образований, видимых в небе Земли. В отличие от обычных погодных облаков, которые развиваются в самом нижнем слое атмосферы, они формируются в мезосфере на высотах примерно от 80 до 85 километров. Они состоят из крошечных ледяных частиц, взвешенных в воздухе, который исключительно тонок и относится к самым холодным на планете. Облака становятся видимыми только после того, как Солнце опустилось за горизонт и нижняя атмосфера погрузилась в темноту. Поскольку они находятся так высоко, солнечный свет всё ещё достигает их из-за горизонта и подсвечивает их ледяные частицы на фоне темнеющего неба. Наблюдатели видят замысловатые ряби и полосы электрически синего и серебристо-белого цвета, иногда растягивающиеся на огромные участки сумеречного неба.

Облака были впервые широко задокументированы в 1885 году, через два года после катастрофического извержения Кракатау в Индонезии. Наблюдатели за небом уже уделяли пристальное внимание верхней атмосфере, потому что извержение вызвало яркие закаты и другие необычные оптические эффекты по всему миру. Исследователи долго спорили, помог ли вулкан сделать облака видимыми или повышенный общественный интерес просто привлёк внимание к тому, что было всегда. Ранние астрономы быстро поняли, что облака должны быть необычайно высокими. Обычные облака к тому времени, как серебристые начинали светиться, уже ушли бы в тень Земли. Тот факт, что эти образования оставались освещёнными, означал, что они находятся далеко над погодными системами, знакомыми людям на земле.

К 1890 году астрономы начали делать более точные измерения высоты, используя фотографии, снятые из разных мест одновременно. Одно из первых важных исследований возглавил немецкий астроном Отто Йессе, использовавший наблюдательные станции вокруг Берлина, разделённые примерно 70 километрами. Сравнивая положение одного и того же облачного образования, видимого с каждой станции, он мог вычислить его высоту над землёй. Этот метод, известный как триангуляция, стал одним из главных инструментов изучения верхней атмосферы. Поздние кампании проводили аналогичные измерения близ Осло в 1930-х годах и вокруг Стокгольма в 1950-х и 1960-х. Исследования в Шотландии в 1980-х годах использовали точки наблюдения, разделённые расстоянием до 200 километров.

На протяжении большей части XX века эти исследования давали в целом схожие результаты. Исторические измерения помещали серебристые облака в основном между примерно 79 и 85 километрами, причём точная высота зависела от местоположения, времени года и атмосферных условий. Предыдущие попытки выявить устойчивое долгосрочное изменение их средней высоты были безуспешными. При относительно небольшом числе наблюдений, разбросанных по многим десятилетиям, любой медленный дрейф было трудно отделить от обычной изменчивости между одним измерением и следующим.

Новое исследование возвращается к этим историческим записям, используя гораздо более крупную коллекцию современных наблюдений. Между 2020 и 2026 годами сеть из примерно 20 наблюдательных пунктов и камер записывала серебристые облака в северных широтах от 54 до 61 градуса северной широты, в основном между 29 и 50 градусами восточной долготы. Камеры были организованы в группы, разделённые примерно на 50–200 километров, что позволяло видеть одни и те же облачные образования с нескольких направлений одновременно. Многие из них делали до четырёх снимков в минуту, что позволяло исследователям следить за отдельными деталями, дрейфующими по небу. Вместе снимки дали тысячи измерений высоты облачных фрагментов на разных высотах.

Команда также изучила, как цвет облаков менялся, когда они уходили в тень Земли. Солнечный свет, достигающий этих экстремальных высот, проходит через разные слои нижней атмосферы на своём пути, и его цвет меняется в зависимости от того, что он встречает по дороге. Анализируя эти изменения цвета, исследователи разработали второй, независимый способ оценки высоты облаков для проверки результатов триангуляции. Один особенно детальный набор измерений был собран ранним утром 18 июля 2026 года, когда яркие серебристые облака позволили напрямую сравнить оба метода. Первоначальные различия между двумя методами сократились, когда команда учла атмосферные аэрозоли — крошечные частицы, влияющие на то, как солнечный свет проходит через воздух.

Самый важный результат появился, когда современные измерения были сопоставлены с историческими записями. Исследователи вычислили среднюю высоту облаков 82,52 километра для измерений, собранных до 2000 года, по сравнению с 81,83 километра для современных данных триангуляции. Это разница примерно в 690 метров, которая может показаться небольшой для облаков, находящихся более чем в 80 километрах над землёй, но существенна по стандартам атмосферных измерений. Команда оценила неопределённость примерно в 240 метров для этой разницы и обнаружила, что сдвиг вниз остаётся статистически значимым.

Анализ также учёл несколько природных факторов, известных своим влиянием на серебристые облака, включая сезон, местное солнечное время, лунные приливы, широту и солнечную активность. Из них только сезонный цикл и долгосрочная тенденция вниз оказались статистически значимыми в модели исследователей. Сезонный эффект особенно силён, потому что облака не сохраняют постоянную высоту в течение лета. Их средняя высота меняется по мере изменения температур и условий льдообразования в мезосфере. Новые измерения показывают, что облака достигают самой низкой средней высоты около 10 июля, примерно через три недели после летнего солнцестояния в Северном полушарии.

Долгосрочное изменение, как полагают, связано с процессом, известным как атмосферное сжатие. Углекислый газ ведёт себя по-разному на разных уровнях атмосферы. У поверхности он способствует потеплению, замедляя скорость, с которой тепло уходит в космос. Выше, где воздух гораздо более разрежен, дополнительный углекислый газ излучает больше энергии и вместо этого охлаждает окружающий воздух. По мере охлаждения этих верхних слоёв они сжимаются, и уровни давления внутри них постепенно опускаются ближе к поверхности Земли. Этот сдвиг понижает высоту, на которой условия подходят для формирования серебристых облаков.

Атмосферное моделирование, опубликованное в 2018 году, предсказывало, что растущий углекислый газ будет неуклонно опускать эти ледяные облака ниже со временем, причём эффект усилится во второй половине XX века по мере роста концентраций. Новые наблюдения поддерживают направление этого предсказания, но не его полный масштаб. Исследователи обнаружили современную скорость снижения примерно 1,2 километра за столетие с неопределённостью около 0,4 километра. Это лишь около 52 процентов от скорости, предсказанной моделью, использованной для сравнения. Добавление измерений на основе цвета немного повысило цифру — до примерно 58 процентов от предсказанной скорости.

Ещё одна находка касается структуры самого облачного слоя. По словам исследователей, верхняя граница облаков оставалась относительно стабильной на протяжении исторических записей. Нижняя граница, однако, по-видимому, опускалась примерно вдвое быстрее средней высоты облаков, что приближает её к скорости, предсказанной моделью. Это говорит о том, что слой не смещается как единый блок: его нижняя часть реагирует гораздо сильнее, чем верхняя. Различие важно, потому что серебристые облака — не тонкий фиксированный лист льда на одной высоте. Отдельные частицы формируются, растут, дрейфуют и исчезают по мере изменения условий, и высота самых ярких видимых облаков может отличаться от высоты более мелких ледяных частиц, обнаруживаемых специализированными приборами.

Работа предлагает редкое окно в часть атмосферы, которую исключительно трудно изучать напрямую. Погодные шары не могут достичь этих высот, а спутники и другие приборы дистанционного зондирования нуждаются в специализированных методах для обнаружения небольших количеств присутствующего льда. Есть ещё ограничения в том, насколько далеко можно продвинуть историческое сравнение. Измерения XIX и XX веков были относительно редкими, и исследователи признают, что они гораздо менее точны, чем современные камерные системы. Разница, которую они нашли, также намного меньше естественной изменчивости высоты между отдельными наблюдениями, поэтому тщательный статистический анализ был необходим.

Работа устанавливает статистически значимую тенденцию высоты в рамках анализа авторов, а не доказывает, что каждое серебристое облако неуклонно опускается. Её находки добавляют наблюдательный вес долгосрочному изменению, которое атмосферные модели уже предполагали, показывая, что реальная атмосфера может реагировать медленнее, чем ожидает по крайней мере одна из этих моделей. Исследователи называют ограниченное количество и точность исторических наблюдений главным препятствием для уточнения оценки за столетие. Продолжающиеся измерения с современных камер, спутниковых приборов и лазерных лидаров обеспечат гораздо более богатую запись, чем та, что была доступна предыдущим поколениям астрономов. Эта запись должна помочь выявить, как облачный слой продолжает реагировать по мере накопления углекислого газа в атмосфере.

Вопрос, который остаётся: если самые высокие облака Земли опускаются, но медленнее, чем предсказывают модели, то что именно мы не понимаем в том, как углекислый газ влияет на верхние слои атмосферы — и не окажется ли, что реальные изменения происходят быстрее или медленнее, чем мы думаем, именно там, где мы почти не можем наблюдать?