Преди 20 години, в нощта на 5-6 юли 1989 г., се случи важно събитие в историята на изследването на планетата Земя. Джон Рандолф Уинклер, пенсиониран професор и 73-годишен ветеран от НАСА, насочи висококачествена видеокамера към буреносните облаци, след което, като разгледа кадъра за запис по кадър, откри две ярки светкавици, които за разлика от светкавиците не слизаха на земята, а нагоре, до йоносферата. Така бяха открити спраити - най-големият от височинните заряди в земната атмосфера. Те ясно потвърдиха съществуването на глобална електрическа верига на нашата планета и предоставиха нови възможности за нейното изучаване.
Нека разберем повече за това …
Изхвърлянията, регистрирани от Джон Уинклер, започват от височина 14 километра, а размерите им са повече от 20 километра. Механизмът, водещ до появата им, беше неясен и беше необходимо много научна смелост, за да се обяви електрическият разряд, издигащ се от границите на тропосферата до такава височина.
За да получи по-убедителни доказателства, ентусиазиран Уинклер изчака урагана Хюго да удари Минесота и в нощта на 22 срещу 23 септември отново записа много подобни изхвърляния на височина над гръмотевични вълни на видео. Интересното е, че той официално проведе това изследване като аматьор, тъй като то не беше включено в никакви научни програми. Но Винклер, разбира се, не е любител и е действал решително, като човек, който ясно осъзнава мисията си. От предишната си работа в НАСА той има дефектна високоскоростна видеокамера. Той убеди декана на катедрата по физика в университета в Минесота да отдели 7 000 долара за ремонта му и инсталира оборудване за анализиране на записите в дома му.
Уникалните кадри на гигантските изхвърляния плашеха Уинклер толкова, колкото го направиха щастлив. Ами ако такъв разряд удари самолета? И ученият се обърна към колегите си от НАСА с предупреждение. Те започнаха да се съмняват. Какви са изхвърлянията? Но от уважение към миналото на Winkler, те разгледаха записите от полетите на космическата совалка. И не можеха да повярват на очите си: повече от дузина такива изхвърляния бяха открити по филмите. Уинклер се оправи. Като професионалист той довежда въпроса до своя логичен завършек - публикации във водещите научни списания Geophysical Research Letters (1989) и Science (1990).
Промоционално видео:
Статиите буквално шокираха специалисти по астрономия, атмосферно електричество, радиофизика, атмосферна акустика, физика на газоразряда и аерокосмическа сигурност. След тези публикации НАСА вече не може да се отърси от възможната заплаха за космическите кораби и започна подробно проучване на изхвърлянията на голяма надморска височина. През трите години на подготовка за тази работа Винклер многократно е провеждан консултации, но никога не е бил включен в самата програма.
Още в първата нощ на наблюдения, 7 юли 1993 г., в научна станция близо до Форт Колинс (Колорадо), изненаданите изследователи регистрират повече от 240 изхвърляния на височина. На следващата вечер специализирана летяща лаборатория на борда на самолета DC-8 беше разположена, за да изключи грешка при определянето на височината. Резултатите надминаха всички очаквания: бяха открити огромни пламъци на височина най-малко 50-60 километра. В чест на неспокойния Пак от „Сън на лятната нощ“на Шекспир им бяха дадени имената спрайти, тоест въздушни духове. Естествено, възникна въпросът: защо те не знаеха нищо за тези изхвърляния преди, ако всеки мощен гръмотевичен фронт генерира десетки от тях?
Анализът на литературата показа, че през стотици години много хора са виждали необичайни и много големи изхвърляния над облаците. Те бяха наречени ракетни светкавици, мътни стратосферни разряди, възходяща мълния и дори мълния от облак в космоса. Но при липса на надеждни доказателства, странните доклади на очевидци просто бяха игнорирани. Те дори отклониха такъв известен и уважаван специалист в областта на атмосферното електричество като нобеловия лауреат Чарлз Томсън Уилсън, който пише за подобно явление в статията си още през 1956 г. Нужен беше усет, опит, постоянство и безстрашие на професор Джон Уинклер, така че „това не може да бъде„ много бързо превърнато в „, но кой не знае това“. Сега, в многобройни видеоклипове в Интернет, можете да разгледате подробно тези категории.
Джон Уинклер почина през 2001 г. Не вършеше повече работа над височинните степени, въпреки че е трудно да се повярва, че не е искал - след такъв и подобен успех. Неговата публикация в „Наука“редовно се споменава, но очевидно не е включена в проектите. Некрологът, написан от неговите колеги, показва негодувание към него. Но напразно. Червените и лилавите спрайтове се поздравяват всеки ден с Джон Рандолф Уинклер, защото той научи хората да ги виждат.
Скоро изследователите откриха цяло световно шоу, разгръщащо се в горната атмосфера над оловните гръмотевични бури. Основните действащи лица в него (в ред отдолу нагоре): сини струи, които понякога се наричат гноми (тъй като те са отдолу), в средата са червено-лилави спрайтове и ореоли, а над тях са червеникави пръстени - елфи, висящи във височината. Но, разбира се, не трябва да забравяме режисьора, който стои зад грандиозното представление - това са добре познатите бурни облаци и мълнии. Всъщност неотдавна трупата беше по-многобройна, но изследователите постепенно се отърваха от спиртни напитки, медузи (някои видове спрайтове) и други звучни „живи същества“.
Трябва да се отбележи, че упражненията с красиви имена не са просто забавление в стила на „физиката на шега“, както може да изглежда на пръв поглед. Както в шоубизнеса, така и в науката насърчаването на идеи и тенденции играе важна роля, защото тук-там се води борба за ресурси. Областта на науката, която се чува от обществеността, обикновено се финансира по-щедро. Помнете поне нанотехнологиите, за които всички говорят, но всъщност никой не може да обясни за какво става дума и защо толкова пари трябва да бъдат насочени там. Но да се върнем към представянето си и да представим всички по-подробно на най-уважаваната публика.
Елфите са най-ефимерните и краткотрайни във фамилията на височина. Тези светещи червено-виолетови пръстени се появяват в долната йоносфера на височина от 80-100 километра. За по-малко от милисекунда сиянието, появяващо се в центъра, се разширява до 300-400 километра и избледнява. Елфите не са проучени подробно, вероятно защото не предизвикват много спорове и не обещават сериозен напредък в разбирането на естеството на атмосферните заряди. Те се раждат три десетхилядници от секундата (300 микросекунди), след като силна светкавица удари от гръмотевичен удар в земята. Багажникът му се превръща в "предаваща антена", от която със светлинна скорост започва мощна сферична електромагнитна вълна с много ниска честота. За 300 микросекунди той просто стига до височина от 100 километра, където възбужда червено-виолетовия блясък на азотните молекули. Колкото по-далече върви вълнатаколкото по-широк става пръстенът, докато не избледнее от източника.
Сините струи или гномите са най-загадъчните, редки и трудни за наблюдение създания в ансамбъла от нови изхвърляния на голяма височина. Гномът изглежда като син тесен обърнат конус, започващ от горния ръб на гръмотевичен пламък и понякога достига 40 километра височина. Скоростта на разпространение на сините струи е от 10 до 100 км / сек. Но най-странното е, че външният им вид не винаги е свързан с видими удари на мълния. На височините, от които се изстрелват струите, налягането все още е сравнително високо и не е изненадващо, че те са сини. Ето как блестят светкавици, коронарен разряд върху проводници, искра и разряди и дори високотемпературни пламъци. Това е и сиянието на азотните молекули, но не в червено-виолетовата ивица, както в случая с елфите, а в ултравиолетово-синьото.
Освен обикновените джетове, така наречените сини предястия понякога се разпадат от горния ръб на облака. Те не се издигат над 30 километра. Някои учени смятат, че това е само един мълниеносен болт, насочен нагоре в зона, където налягането спада бързо и затова стартерите се разширяват много повече от конвенционалните светкавици. Други ги смятат за неразвити струи.
Но най-интересният тип сини струи се е наричал гигантски джетове. Започвайки не много далеч от повърхността на Земята, те достигат 90 километра височина. Интересът на геофизиците към гигантските джетове да съответстват на техния размер, защото тези изхвърляния извършват "непрекъснат полет" от тропосферата директно към йоносферата. Те обаче са изключително редки и са надеждно записани не повече от десетина пъти. В същото време те живеят за части от секундата, което по принцип им позволява да бъдат забелязани с просто око.
Jet теорията прави само първите си стъпки. Все още не е ясно как изглежда това явление. Ако по своето естество те са близо до светещия канал на мълния в стадия на развитие, тогава става ясно защо раждането на струя не е свързано с мълния: самото тя е мълния. Но, може би, по-близка аналогия е изпускането вътре в гръмотевичен пламък, който захранва мълниеносния канал. В този случай ще бъде още по-трудно да се разбере същността на струите, тъй като теорията за такива изпускания е в начален етап на развитие.
Най-голям брой наблюдения и публикации са посветени на червените спрайтове. Това са истински поп звезди сред атмосферните изхвърляния на голяма височина. Понякога изглежда, че интересът към тях е също толкова прегрял, колкото при популярните певци. Защо заслужиха такова внимание? Въпросът вероятно е, че те са лесни за наблюдение (ако, разбира се, знаете, че е възможно). Всеки ден се раждат десетки хиляди спрайтове и е удивително, че не са били забелязвани толкова дълго.
Спиритите са много ярки обемни пламъци, които се появяват на височина 70-90 километра и се спускат 30-40 километра, а понякога и повече. В горната част широчината им понякога достига десетки километри. Това са най-обемните от височинните зауствания. Подобно на елфите, спраитите са тясно свързани с мълниите, но не всички. Повечето светкавици удрят от отрицателно заредената част на облака (средно е по-близо до земята). Но 10% от светкавиците, които удрят земята, започват от зоната на положителен заряд и тъй като основната площ на местоположението на положителния заряд е по-голяма от тази на отрицателния, тогава положителната светкавица е по-мощна. Смята се, че такива мощни заряди генерират спрайтове, които мигат в мезосферата около една стотна от секундата след заустване от облак към земя.
Червено-лилавият цвят на спратите, като този на елфите, се свързва с атмосферния азот. Горната част на спрайта свети равномерно, но под 70 километра, разрядът изглежда е изтъкан от канали с дебелина стотици метри. Тяхната структура е най-интересната характеристика на спрайтите за изучаване. Каналите се наричат стримери по аналогия с добре познатите изпускания на иглата при остри ръбове на обекти при гръмотевични бури и при проводници с високо напрежение. Вярно е, че дебелината на земните стримери е от порядъка на милиметър, а в спрайтите те са 100 000 пъти по-големи. Все още не е ясно защо диаметърът на стримерите се увеличава толкова много - много по-бързо, отколкото налягането на въздуха намалява с височина.
Ореолът е равномерно червеникаво-лилаво сияние на височина около 80 километра. Причината за изхвърлянето очевидно е същата като за върха на спрайтите, но за разлика от тях ореолът винаги се появява директно над светкавицата. Спририте поемат свободата да бъдат някъде отстрани. Изглежда има някаква връзка между спрайтове и ореоли, но механизмът все още не е ясен. Те се появяват понякога заедно, друг път отделно. Може би ореолът е горната част на спратите, когато силата на електрическото поле не е била достатъчна, за да може разрядът да се разпространи в по-плътния долен въздух.
Според Географската карта на гръмотевичните бури жителите на екваториалните и тропическите зони на Земята имат най-големи шансове да видят притоци. Именно в този район се наблюдават до 78% от всички гръмотевични бури. Жителите на Русия също могат да наблюдават спрайтове. Пикът на гръмотевичните бури у нас пада на юли-август. Именно по това време любителите на астрономията могат да видят толкова красиво явление като спрайтове.
Според наръчника за наблюдение на американските спрайт и гигантски реактивни двигатели, за да види спратите, наблюдателят трябва да е на около 100 километра от епицентъра на гръмотевичната буря. За да наблюдава струите, той трябва да насочи оптиката си на 30-35 градуса към района на гръмотевичната буря. Тогава той ще може да наблюдава част от йоносферата на височина до 50 километра, именно в тази област най-често се появяват струи. За да наблюдавате спратите, трябва да насочите бинокъла под ъгъл 45-50 градуса, което ще съответства на зоната на небето на височина около 80 км - мястото, където се раждат спрайтите.
За по-добро и по-подробно проучване на спратите, джетове и още повече елфите е по-добре наблюдателят да използва специално кинооборудване, което ще позволи да запише в детайли небесните пламъци. Най-доброто време за лов на спрайтове в Русия е от средата на юли до средата на август.
Спрати, подобно на мълнии, се намират не само на Земята, но и на други планети на Слънчевата система. Предполага се, че именно спратите са били регистрирани от космически изследователски превозни средства по време на силни бури на Венера, Сатурн и Юпитер.
Спритите и елфите се появяват на толкова голяма надморска височина поради силната йонизация на въздуха от галактически прах. На височина над 80 километра проводимостта на тока е десет милиарда пъти по-висока, отколкото в повърхностните слоеве на атмосферата.
Името "спрайтове" идва от името на горските духове, които се споменават в комедията на Уилям Шекспир "Сън на лятна нощ".
Спиритите са били известни на човечеството много преди 1989 година. Хората са изразили различни хипотези за естеството на това явление, включително факта, че светкавиците са светлинни космически кораби. Едва след като Джон Уинклер успя да заснеме кадри от спрайтове в йоносферата, учените доказаха, че те имат електрически произход.
Цветът на спратите, струите и елфите се различава в зависимост от височината, на която се появяват. Факт е, че в атмосферата на около Земята е концентрирано повече въздух, докато в горните слоеве на йоносферата се наблюдава висока концентрация на азот. Въздухът гори със син и бял пламък, азот - червен. Поради тази причина струите под спратите са предимно сини, докато самите спрайтове и по-високи елфи са червеникави.
А ето и видео на много рядко явление - нарастваща мълния: