Загадочный слой атмосферы, который прячется от всех — и теперь его можно изучать

Мезосфера — один из самых загадочных и труднодоступных слоев атмосферы. Она находится на высотах около 50-100 километров над Землей, где воздух слишком разреженный для самолетов, но слишком плотный для спутников. Температура здесь опускается до минус 150 градусов Цельсия — холоднее, чем в самых суровых местах на Земле. Несмотря на это, именно в мезосфере формируются удивительные светящиеся облака, которые видны после захода солнца.

Почему мезосфера важна для науки и климата?

Эти высокие облака, называемые мезосферными, привлекают внимание климатологов из-за интересного парадокса: при общем потеплении на поверхности Земли мезосфера, наоборот, охлаждается. Это происходит потому, что тепло, переизлученное с поверхности, почти беспрепятственно уходит в космос, не задерживаясь в этом слое. При этом в мезосфере увеличивается количество водяного пара, который быстро замерзает и образует облака. Частое появление таких облаков на низких высотах может сигнализировать о серьезных изменениях в климате.

Почему мезосферу так сложно изучать?

Изучение мезосферы — задача не из простых. Самолеты туда не поднимаются, а спутники не могут долго там находиться из-за сопротивления частиц атмосферы, которое быстро снижает их орбиту. Даже Международная космическая станция требует регулярных коррекций высоты из-за этого эффекта. Суборбитальные ракеты, которые могут проникнуть в мезосферу, проводят там лишь 15-20 минут, собирая ограниченное количество данных. Таким образом, этот слой атмосферы получил прозвище "игноросфера" — из-за нехватки информации.

Недавно международная команда ученых из США, Южной Кореи и Бразилии предложила инновационное решение. Они разработали концепцию миниатюрных зондов, способных долгое время курсировать в мезосфере, используя энергию солнечного света. В статье для журнала Nature описывается, как эти зонды будут представлять собой сверхтонкие мембраны шириной около шести сантиметров с датчиками и средствами связи.

Принцип работы основан на фотофорезе — движении под действием солнечного нагрева. Мембрана нагревается, и атмосферные частицы отталкиваются от нее, создавая движение. Но есть хитрость: мембрана перфорирована, и нагретые частицы проникают под неё, создавая дополнительное давление снизу. Это давление уравновешивается сопротивлением атмосферы, что позволяет зонду удерживаться в мезосфере.

Как доказали работоспособность идеи?

Ученые провели эксперименты в вакуумной камере, имитирующей условия мезосферы. Они использовали мембраны из оксида алюминия с хромовым покрытием, толщиной в тысячу раз меньше человеческого волоса. С помощью лазера удалось поднять такие диски, подтвердив возможность их движения в условиях низкого давления и температуры.

По расчетам, зонды можно будет запускать на высоте около 50 километров с помощью аэростатов. В течение светового дня они будут подниматься, а после заката — опускаться, не падая на Землю за ночь. Таким образом, миссия может продолжаться днями, что позволит получить уникальные данные о мезосфере и ее влиянии на климат.