УДК 551.593

В. Н. НОВОСЕЛЬЦЕВ

ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, НАБЛЮДАЕМЫЕ ПРИ СТАРТАХ КОСМИЧЕСКИХ РАКЕТ

Формулируется гипотеза о возможности возникновения необычных оптических явлений (аномальные рефракции, латеральные миражи, прямые и отраженные «брокенские призраки») на оптических неоднородностях в атмосфере, возникающих при стартах космических ракет. Гипотеза подтверждается анализом наблюдений необычных явлений, опубликованных в периодической печати.


Оптические явления, возникающие при стартах ракет, можно разделить на две группы: картины стартующей ракеты и явления, возникающие на «следовых» оптических неоднородностях, остающихся в атмосфере после старта. Если первые из них кратко описаны в литературе (см., например, [1]), то вторые до настоящего времени не описывались.

1. Наблюдение стартующей ракеты. Старт космической ракеты необычен как по яркости и непривычности возникающих картин, так и по масштабу развертывающихся явлений. Если старт дается в вечернее или предрассветное время, то ракета выходит из тени Земли, и газово-пылевой хвост продуктов сгорания двигателей становится видимым в лучах Солнца на сотни километров. Работающие двигатели, выброс раскаленных газов и хвост продуктов сгорания наблюдаются с Земли невооруженным глазом на обширных территориях [1].

Рассмотрим очень упрощенно картину явлений, наблюдаемых при старте ракеты. Американская ракета-носитель «Сатурн-5» выводится на орбиту следующим образом. Первая ступень выводит ее на высоту 58 км за 151 с, затем вторая ступень за 367 с поднимает космический аппарат на высоту 170 км (на расстоянии 1490 км от стартового комплекса). Двигатели третьей ступени, включившись на 524-й с, работают еще 157 с и выводят ракету на траекторию, практически параллельную земной поверхности. Двигатели выключаются через 680 с после старта [2].

В соответствии с этим наблюдатель на Земле видит следующую последовательность картин (рис. 1). При выходе ракеты из тени Земли — яркую точку работающих двигателей и освещенный Солнцем конус продуктов сгорания — шлейф. Геометрическая картина зависит от положения наблюдателя: при наблюдении «в угон» картина соответствует рис. 1, а; наблюдение сбоку дает картину 1, б. В частности, при наблюдении «в угон» наблюдается последовательность сменяющих друг друга картин: светящийся конус, усеченный конус с плоской вершиной («пирамида» по описанию многих наблюдателей, см. [1]), круг и, наконец, «усы». Границы конуса видны довольно четко. Через 12 мин яркая точка исчезает, но конус виден еще какое-то время, пока газовый хвост не рассеется в космическом пространстве и верхних слоях атмосферы.

Реальная картина отличается от описанной выше: «конус» неоднороден, так как каждый из двигателей ракеты дает свой шлейф (это видно, например, на рисунке очевидна [3]), а коррекция траектории может потребовать многократных включений и выключений двигателей.

В СССР старты проводятся практически в любое время суток — в сообщениях ТAСС называлось время 3 ч 58 мин, 22 ч 31 мин и т. д. (см., например, [4]), но в дневное время наблюдения на фоне яркого неба затруднены.

Дальнейшее изложение строится в предположении, что описанные наблюдения стартов относятся к космодрому Плесецк, на котором осуществлялись многочисленные запуски ИСЗ серии «Космос», спутников связи «Молния», метеорологических спутников «Метеор», ИСЗ серии «Интеркосмос» [5]. Это допущение, впрочем, не является принципиальным.

2. Оптические неоднородности в атмосфере после старта ракеты. Нижняя часть конического шлейфа ракеты, взаимодействуя с атмосферой Земли, вызывает в ней ряд процессов. Среди них, по-видимому, можно выделить ударные волны, ионизацию газов и нагрев. Кроме того, возмущенная область атмосферы содержит часть продуктов сгорания в виде аэрозольных частиц (часть продуктов, образовавшихся из примерно 10 млн. л топлива и окислителя ракеты-носителя [2]).

На рис. 2 показаны гипотетические границы возмущенной области атмосферы: боковые границы — часть конической поверхности, верхняя граница совпадает с границей плотных слоев атмосферы. Дно — узкий слой воздуха, в котором происходит торможение и «остановка» последней порции продуктов сгорания перед выключением двигателей. Поскольку траектория ракеты в этот момент практически параллельна поверхности Земли, плоскость дна перпендикулярна земной поверхности.

О физических характеристиках возмущенной области сегодня можно говорить только в гипотетическом плане — ее размеры, параметры воздушной среды, аэрозольный состав, степень ионизации и температурные градиенты, насколько известно автору, никогда не измерялись. Что касается оптических свойств, то можно ожидать резких изменений оптической плотности на границах возмущенной области (в частности, на дне конуса), а также «мутности» воздуха и, возможно, изменения его цвета внутри области.

Время существования четких границ определяется, по-видимому, состоянием атмосферы и, возможно, ограничено временем существования так называемых средних и тяжелых ионов, которые образуются при оседании легких ионов па аэрозольных частицах. Их время жизни — до десятков минут. Помутнение атмосферы, вероятно, наблюдается много дольше (так, при солнечных вспышках такое помутнение, вызванное ионизацией, длится несколько часов, а иногда и суток — см. [6, 7]).

Специфика каждого конкретного запуска приведет к изменениям нарисованной картины. В частности, важно отметить, что дно конуса может быть «многослойным» — свой слой отвечает каждому включению— выключению двигателей.

3. Необычные оптические явления на следовых атмосферных неоднородностях. Наличие обширных и практически плоских вертикальных поверхностен с резкими градиентами оптической плотности должно привести к возникновению целого ряда аномальных оптических явлений.

Прежде всего следует ожидать появления так называемой боковой (латеральной) рефракции — искривления лучей в горизонтальной плоскости. Такое явление хорошо известно при геодезических съемках как «загибание» триангуляционных рядов (см., например, [8]). Боковая рефракция за счет климатических факторов составляет несколько угловых секунд на расстояниях в сотни километров. В условиях города возможны значительно более сильные аномальные рефракции (по наблюдениям А. С. Зюзина — до 19,5" на расстоянии 175 м, см. [8]). При таких аномалиях возможно уже появление боковых (латеральных) миражей. На рис. 3, например, приведены рисунки (по фотографиям [9]) человека и его бокового отражения при латеральном мираже. В нашем случае латеральный мираж может наблюдаться на каждой из поверхностей многослойного дна конуса возмущенной области атмосферы.

В природе латеральный мираж наблюдается исключительно редко; имеется лишь несколько оригинальных описаний его наблюдений [10, 11]. В этом случае механизм образования вертикальных поверхностей с измененным коэффициентом преломления до сих пор остается невыясненным.

Другой тип возможных оптических явлений — так называемый «брокенский призрак» (см., например, [12]; явление описывается во многих популярных изданиях). Он возникает как своего рода «тень» объекта, отбрасываемая на уплотненный слой облаков или тумана. Будем называть такой тип брокенского призрака прямым. Кроме прямого брокенского призрака в нашем случае можно ожидать появления и отраженного, когда при нахождении какого-либо объекта между двумя соседними слоями дна конуса на один из них падает «тень», а на другой — отраженный свет, дающий светлый блик, по форме повторяющий освещенный объект.

Кроме того, на границах возмущенной области возможны явления обычной и аномальной рефракции, искажение формы наблюдаемых предметов и другие явления, хорошо описанные в специальной и популярной литературе (см., например, [12, 13]).

Особенно интересно наблюдение боковых миражей и брокенских призраков, возникающих от движущихся объектов (людей, самолетов и т. д.). Это связано с тем, что, во-первых, движущийся предмет дает лучше наблюдаемые изображения — отражение при мираже, бликовый образ при брокенском призраке, так как наличие движения активизирует целый ряд психофизиологических механизмов зрительной системы человека (см., например, [14]). Во-вторых, взаимное перемещение объекта и его изображения при наблюдениях неподготовленным человеком приводит к целому ряду психологически окрашенных ситуаций.

4. Наблюдение латерального миража [15, 16]. Здесь мы дадим трактовку наблюдения необычного явления в г. Харовске 6.VI 1989 г. Процитируем кратко сообщение ТAСС [15]. Группа детей около 14 ч 30 мин наблюдала светлую точку, которая быстро увеличивалась в размерах и превратилась в сияющий шар. До приземлившегося шара «было не более полукилометра». Затем из тара появилось нечто, похожее на человека. «"Пассажир" будто бы направился к деревне Конанцево. Неподалеку шла женщина в красном платье. Когда пришелец поравнялся с ней, оба вдруг исчезли из виду. Через несколько минут ребята вновь заметили женщину, убегавшую с луга».

Затем это же явление повторилось трижды, причем в последнем случае «пассажир» уже не появился. При описании этого события в более подробном изложении [16] кроме чисто психологических реакций добавлено, что «когда ее (женщины — В. Н.) фигура совпала с силуэтом существа, находившегося чуть подальше от ребят, чем она, оба в мгновение исчезли — бесшумно и бездымно, как и до этого шар. Через несколько секунд женщина проявилась за сотню метров в стороне...». «Ребята поразились, что в профиль оно («существо» — В. Н.) оказалось плоским, как доска».

Трактовка заключается в следующем. Ребята наблюдали «в угон» старт ракеты, а затем попали в область дна конуса возмущенной области атмосферы. Светящийся шар — отражение или мираж солнца, «пассажир» — движущееся отражение женщины в красном платье, которая шла или бежала в дер. Конанцево. При пересечении ею «отражающего экрана» последовательно возникают картины, показанные ранее на рис. 3, в том числе «плоское, как доска» изображение. Исчезновение женщины — результат полного внутреннего отражения лучей света при больших углах падения. При уменьшении угла падения ниже критического женщина снова видна. Рисунок 4 дает условную схему наблюдавшегося явления. Взаимное расположение объектов восстановлено на основе текстов указанных сообщений. О — положение наблюдателя, а—д — положение аномального слоя с измененной оптической плотностью, О' — видимое положение «сверкающего шара» (зеркальное отражение Солнца). Психологически наблюдатель помещает видимое изображение объекта перед первым препятствием на пути луча зрения (в нашем случае — для зеркального изображения, получающегося при малом коэффициенте отражения).

1—8 — последовательные положения «женщины в красном», движущейся из Харовска в дер. Конанцево. По мере движения угол падения луча Оb1 увеличивается, и в точке 1 возникает полное внутреннее отражение. Для наблюдателя это означает, что в точке 1 появляется изображение «пассажира», который далее «направляется в Конанцево» — точки 2—2' и 3—3'. В точке 4 женщина пересекает границу аномальной области (фигура и отражение сливаются, в момент слияния возникает образ «плоского, как доска» пассажира, аналогичное показанному на рис. 3, б). После пересечения границы женщина не наблюдается: луч зрения 0—6 по-прежнему претерпевает полное внутреннее отражение, и поле зрения наблюдателя заполнено нейтральным фоном (изображение поля, кустов и т. п.). В точке 7 женщина выходит из зоны полного отражения (рефракция, однако, может продолжаться). Возможно, впрочем, что к этому моменту времени оптическая аномальность слоя сглаживается, градиенты оптической плотности уменьшаются и относительная однородность атмосферы восстанавливается. Нормальная картина движения наблюдается вплоть до точки 8, где последовательность событий повторяется (дважды) на вновь возникающих аномальных слоях, положение которых здесь не рассматривается.

Для наглядности все углы на рисунке сильно увеличены. Троекратное повторение событий означает, что в зоне наблюдения ребят оказалось три слоя оптической неоднородности. Последний слой возник, по-видимому, уже после ухода женщины с луга, и поэтому мираж не появился.

5. Наблюдение отраженного брокенского призрака [17]. Здесь мы дадим краткий анализ событий, описанных 30.I 1985 г. в репортаже В. Вострухина в газете «Труд», которые наблюдались экипажем самолета и пассажирами рейса № 8352 Тбилиси—Ростов—Таллинн. Ровно в 4 ч 10 мин (дата события не названа) в 120 км от Минска при тихой погоде в прозрачном воздухе экипаж заметил справа по курсу звездочку, которая испускала лучи, потом — конус света, и, вспыхнув, превратилась в зеленый «облачный самолет» без крыльев, который начал «эскортировать» ТУ-104 А. Диспетчеры Минска, Вильнюса и Риги последовательно наблюдали «странный тандем» (по-видимому, на экране радиолокатора — В. Н.), а при посадке в Таллинне обзорная РЛС фиксировала метку ТУ-104 А, которая сопровождалась двумя другими, «хотя в воздухе не было больше ни одного самолета». Метка самолета на экране радиолокатора мигала, чего не должно было быть.

Первая часть наблюдения —старт ракеты (согласно нашему допущению, место старта привязываем к космодрому Плесецк). Отметим также, что время 4 ч 10 мин может означать старт в 3 ч 58 мин плюс 12 мин работы двигателей. Старт наблюдается «в угон» с расстояния в несколько сот километров, а затем самолет попадает внутрь конуса возмущения со слоистой структурой. Возникает «облачный двойник» — отраженный брокенский призрак, который проецируется на огни улетающей ракеты и облако раскаленных газов (находящиеся в центре «сферического» дна конуса). В данном случае можно считать поверхность дна именно сферической (с радиусом порядка тысячи километров), так как за время наблюдения самолет покрыл расстояние от Минска до Таллинна, и сферичность оказывается существенной. Совпадение положения «призрака» и «мигающих огней» наблюдалось и с самолета. Отраженный брокенский призрак возник на параллельных слоях неоднородностей атмосферы справа по курсу. Симметричный теневой брокенский призрак должен был наблюдаться слева по курсу, однако п репортаже он не упомянут. При приближении фронта возбужденной области к самолету у экипажа возникло ощущение «атаки» самолета со стороны «облачного объекта», а после пересечения этого фронта появился «брокенский призрак».

Наблюдение радиолокационных отражений от фронта возмущенной области (а здесь мы имеем дело, по всей видимости, с зеркальным отражением) и их анализ выходят за рамки настоящих заметок, хотя и укладываются в предлагаемую гипотезу. В частности, мигание метки на экране РЛС может быть результатом хорошо известной интерференции радиоволн двух лучей (прошедших путь локатор — самолет — локатор и локатор — самолет — отражающий экран — локатор). Дополнительные метки «тандема» — отражение луча РЛС от экрана-дна.

При желании можно более полно восстановить события репортажа, пользуясь условной схемой рис. 5.

Заметим, что в отличие от описанного выше наблюдения латерального миража, длившегося несколько минут, в данном случае структуры возникших неоднородностей в атмосфере сохранялись значительно дольше. Возможно, это было результатом «тихой погоды» или того, что события развивались на высоте около 10 000 м.

6. Обсуждение. В предложенной гипотезе мы оперируем данными о стартах космических ракет, поскольку существенной их особенностью является образование плоских слоев и областей с измененной оптической плотностью, ориентированных практически вертикально. В принципе аналогичные оптические явления могут возникать и на других антропогенных поверхностях, разделяющих области атмосферы с разной оптической плотностью (например, на ударных волнах самолетов, в том числе при преодолении ими звукового барьера). Цель настоящей публикации — желание обратить внимание специалистов на то, что принятие гипотезы об антропогенном возникновении миража позволяет объяснить многие необычные явления в атмосфере законами оптики.

Достоверность гипотезы могла бы быть подтверждена тщательным анализом многочисленных наблюдений, все чаще попадающих на страницы печати. К сожалению, для этого сегодня нет полных данных. Во-первых, публикуемые сообщения ТАСС касаются, очевидно, не всех запусков ракет, и в них, как правило, не указываются время и место старта. Во-вторых, свидетельства очевидцев обычно имеют сильную эмоциональную окраску, что часто маскирует существо наблюдения. Так, в описании в п. 4 случайный факт — женщина бежит по лугу — приобретает особое значение, так как психологически связывается с ее «встречей с пришельцем». Разный профессиональный и житейский опыт наблюдателей приводит к самым разным оценкам расстояний до наблюдаемых изображений объектов — см., в частности, [1].

Все же можно привести ряд проверяемых следствий, вытекающих из настоящей гипотезы. Рисунок 4 построен на основании сведений, содержащихся в сообщениях [15, 16]. Реальная схема, сделанная на местности, должна сохранить основные черты этого рисунка. В частности, по положению Солнца, «сверкающего шара» и места на тропинке, где произошла «встреча», можно восстановить положение границы а — д. Тогда перпендикуляр к ней должен показать направление на наблюдавшуюся ранее «звездочку», в сообщениях не отмеченное. Гипотеза позволяет предположить ряд неточностей и в репортаже [17]. Так, следовало бы скорректировать описание картины на РЛС таллиннского аэропорта. Из анализа механизма возникновения интерференции следует, что дополнительные метки должны не просто «ползти вслед за световой меткой» (как указано в репортаже). Первая действительно ползет, но отставая от метки самолета, а вторая остается на экране неподвижной.

Полным подтверждением гипотезы может быть прямой эксперимент.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Платов Ю. Огни в сумеречном небе //Загадки звездных островов. М.: Мол. гвардия, 1986. С. 219—227.

2. Морозов К. В. Ракеты-носители космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1975. 118 с.

3. Oberg J. Close encounters of a fabricated kind //New Scientist. 1981. 24/31. P. 894— 898.

4. Сообщения ТАСС. Известия, 3 июня 1989, 22 июня 1989 г.

5. Космонавтика (энциклопедия). М.: БСЭ. 1985. 297 с.

6. Мизун Ю. Г. Ионосфера Земли. М.: Наука, 1985. 157 с.

7. Чемберлен Дж. Физика полярных сияний и излучение атмосферы. М.: Наука 1963. 777 с.

8. Хргиан А. X. К вопросу о теории боковой рефракции //Изв. вузов. Физика. 1961. Вып. 3. С. 17—22.

9. Hitlers W. Photograpische Aufiiahtnen einer menrfrachen Luftspiegelung//Phys. Z. 1913. B. XIV. S. 718.

10. Scoresby A. Description of some remarkable atmospheric reflections and refractions //Trans. Roy. Soc. Edinbourgh. 1821. V. IX. P. 46.

11. Forel F. A. Lе Leman. 1895. Т. II. — Lausanne: F. Rounge. P. 561—565.

12. Фламмарион К. Атмосфера. СПб., 1900. 508 с.

13. Казанский К. В. Земная рефракция над обширными водными поверхностями. Л: Гидрометеоиздат, 1966 192 с.

14. Любинский И. А., Шмелев Л. А., Яхно В. П. Контрастирование границы возбужденной области в модели нейронной сети из нестабильных дискретных элементов/ Бионические аспекты сенсорных и управляющих процессов в нервной системе: Сб. тр. Вып. 24. М.: Ин-т проблем управления. 1978. С. 18—53.

15. На днях над Вологдой //Комс. правда. М., 1989 г., 24 июня.

16. Панцирев В. Не верь глазам своим //Комс. правда. М., 25 июня 1989 г.

17. Вострухин В. Ровно в 4.10 //Труд. 1985 г. 30 янв.

Академия наук СССР, Институт проблем управления

Поступила в редакцию 28.VIII 1989, после доработки 9.XI 1989

("Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана", Том 26, № 6, 1990 г.)

Назад

заводе художественного стекла