Сопоставление всех этих результатов с более высокими значениями температуры мезопаузы, полученными ранее американскими учеными по запускам ракет с полигона Уайт Сэндс (широта 33°), позволило автору этой книги в августе 1958 г. предложить объяснение сезонного и широтного эффектов появлений серебристых облаков тем, что именно на средних широтах в летнее время года в мезопаузе происходит понижение температуры до крайне низких значений 150÷165 К.
Новая диаграмма (рис. 28) типа построенной в 1952 г. И. А. Хвостиковым показывала теперь уже гораздо более широкий и длинный «язык» в области III в мезопаузе, обеспечивающий выполнение условия (18) даже при очень малых значениях q, а значит, и возможность формирования в этой области серебристых облаков.
Рис. 28. Распределение давления Р (в миллиметрах) и упругости насыщенного пара E по данным Института прикладной геофизики АН СССР (ИПГ) и Морской исследовательской лаборатории США (NRL).
Но нужно было еще дать ответ на прямой вопрос: существует ли на столь большой высоте водяной пар в количестве, достаточном для образования серебристых облаков? Иначе говоря, не слишком ли мало значение q?
Серия измерений концентраций водяного пара в стратосфере, на высотах от 16 до 40 км, проведенными разными авторами в 1949–1962 гг., давала максимальные значения q = 3∙10-4, хотя некоторые измерения показывали значения, в 10–15 раз меньшие. Но если водяной пар проникает в верхние слои атмосферы из нижних слоев, то казалось, что на высоте 80 км q должно быть еще меньше.
Однако еще в 50-е годы обнаружился факт, косвенно свидетельствовавший о наличии на высотах 80–90 км какого-то максимума содержания паров воды. Это было свечение гидроксила ОН, открытое в 1950 г. независимо советскими учеными И. С. Шкловским и В. И. Красовскнм и американским ученым А. Мейнелом.
В 1955 г. Морская исследовательская лаборатория США организовала серию запусков ракет со спектрографами для изучения спектров свечения неба на разных высотах. По результатам изучения полученных спектров удалось построить график распределения излучения гидроксила ОН по высоте (рис. 29). Этот график показал четкий максимум на высотах 80÷88 км, т. е. как раз в зоне образования серебристых облаков.
Рис. 29. Распределение по высоте эмиссии гидроксила (по данным NRL). Сплошная линия — полоса 7820 А°, прерывистая линия — область 7600—10400 А°.
Но гидроксил может образовываться за счет фотодиссоциации водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей в континууме Шумана-Рунге (см. § 2). Другим продуктом фотодиссоциации молекул Н2О) является атомарный водород, который, в свою очередь, соединяясь с молекулами кислорода или озона, может образовывать возбужденные молекулы гидроксила.
В 1965 г. советский геофизик Н. Н. Шефов установил прямую зависимость между интенсивностью полос излучения гидроксила и появлениями серебристых облаков.
В 1964–1965 гг. в Центральной аэрологической обсерватории (СССР) были впервые организованы прямые ракетные измерения концентрации водяного пара в интервале высот 70÷90 км. Приборы были сконструированы так, что всякая возможность загрязнения посторонними примесями или заноса водяного пара снизу исключалась. Результаты, опубликованные А. В. Федынским и С. П. Перовым в 1967–1968 гг., превзошли все ожидания: величина q достигала на высотах 75÷80 км четкого максимума, заключенного между 10-2 и 10-3. Эти результаты были вскоре подтверждена другими методами Г. М. Мартынкевичем и его сотрудниками.
В 1974 г. немецкий ученый Д. Зоннтаг собрал все данные по концентрации водяного пара в атмосфере до высот 100 км. Его результаты показаны на рис. 30 широкой заштрихованной полосой.
Рис. 30. Распределение концентрации Н2О по высоте по данным Д. Зоннтага, А. В. Федынского, С. П. Перова и других исследователей. Значения q надписаны у кривых. Здесь же нанесена кривая температуры (Т).
Можно видеть, что величина q наибольших высотах растет (изолинии равных q, нанесены на график), достигая на высоте 75 км примерно 4∙10-3. Здесь же нанесены результаты А. В. Федынского и С. П, Перова и некоторых других исследователей.