В поисках "молний наоборот": космическая охота за спрайтами, эльфами и джетами

Облако, освещенное молнией. Кадры МКС Правообладатель иллюстрации ESA/NASA
Image caption МКС делает уникальные снимки природных явлений

Грозы с молниями - одно из наиболее зрелищных явлений природы. Однако с поверхности Земли мы можем видеть лишь "верхушку айсберга".

В верхних слоях атмосферы происходят невероятные вещи. Именно их должна изучить новая космическая обсерватория.

В понедельник на Международную космическую станцию (МКС) отправилось оборудование для изучения влияния грозовых штормов на земную атмосферу, так называемый монитор исследования атмосферно-космических взаимодействий (ASIM).

  • 2 апреля ракета-носитель Falcon 9 доставила на МКС беспилотник Dragon с 2,6 тоннами груза на борту, в числе которого - провиант для космонавтов и новая техника.

Небесная лаборатория

Находясь на высоте всего 400 км над Землей, МКС предоставляет отличную возможность увидеть изменения в погодных системах.

Система ASIM должна заработать на борту станции уже в этом месяце.

Media playback is unsupported on your device
Грозы с молниями, снятые НАСА с МКС

В частности, на станции часто наблюдают электрические явления в атмосфере, возникающие во время грозы.

Но когда появляется молния, над облаками происходят совершенно иные процессы.

Так называемые переходные люминесцентные явления (Transient Luminous Events, TLEs) ученые обнаружили в 1989 году, совершенно случайно.

Американский профессор из Университета Миннесоты Джон Рэндольф Уинклер в преддверии запуска ракеты проверял работу телекамеры. Неожиданно ученый заметил, что два кадра запечатлели яркие полоски света, находившиеся над отдаленным от них штормовым облаком.

Правообладатель иллюстрации OTD/LIS, NASA Marshall Space Flight Center
Image caption Молнии чаще случаются над сушей. Наиболее распространены они в Центральной Африке, Южной Америке и Азии

Это открытие потрясло ученых, в том числе ведущего исследователя команды ASIM Торстена Нойберта, физика из Датского технического университета.

"Это всех нас очень удивило. Как это возможно, что такое существует, а мы об этом до сих пор не знали? Похоже, это явление известно пилотам - есть несколько рассказов очевидцев [подобных процессов - Ред.]", - прокомментировал Нойберт.

Добрую половину века до снимков Уинклера те, кто замечал подобные вспышки (переходные люминесцентные явления (TLE), обычно описывали их как восходящие лучи, или "молнии наоборот" - направленные не вниз, к Земле, а вверх.

Из-за их быстротечной природы и загадочности эти явления назвали "спрайтами" и "эльфами".

  • Название "спрайт" произошло от английского sprite, то есть "фея", "эльф". С точки зрения физики, это вид электрических разрядов холодной плазмы, бьющей в мезосфере и термосфере. В русскоязычной литературе их иногда также называют "призраками" и "красными призраками" - Ред.

Однако, несмотря на уменьшительно-ласкательное название, которым прозвали феномен, на самом деле вспышки эти совсем не маленькие: они простираются в атмосфере на десятки километров.

Красные призраки, эльфы и голубые струи

Итак, как же образуются эти явления?

"Они несколько отличаются от молний, - рассказывает Би-би-си физик Торстен Нойберт. - Это пульсация электрического поля, движущаяся вверх. В месте, где атмосфера становится тонкой, в поле может образоваться электрический разряд. В таком случае мы говорим о спрайте".

Спрайты, или красные призраки, возникают через миллисекунды после мощного удара молнии.

Эльфы, в свою очередь, образуются вследствие уже не электрической, а электромагнитной пульсации, вызванной ударом молнии. Мгновенный, подобный ауре, ареол эльфа невозможно заметить невооруженным глазом. Возникая в ионосфере, он длится менее одной миллисекунды.

Но, несмотря на свою неуловимость, природу эльфов удалось на удивление хорошо изучить, считает Мартин Фуллекруг из Университета Бата в Великобритании.

Это наиболее распространённые вспышки TLE, возникающие, по мнению ученых, вдвое чаще, чем спрайты.

Правообладатель иллюстрации Jason Ahrns
Image caption Спрайты, или красные призраки, могут длиться несколько миллисекунд

Наименее изучены так называемые голубые струи (англ. Blue jets - Ред), или джеты. Это восходящие электрические разряды, начинающиеся у вершин облаков.

"Джеты не слишком хорошо изучены, поскольку они едва заметны. Чаще всего они голубого цвета. Кроме того, они не всегда связаны с молнией. Они появляются неожиданно и очень загадочны", - уточняет Фуллекруг.

Эльфов обычно замечают над теплыми водами океанов, красные призраки (или спрайты) чаще появляются над сушей.

Лучше всего их наблюдать из Северной Америки, Демократической Республики Конго и Южной Африки.

Но их можно видеть и из других мест.

Обычная летняя гроза в Великобритании, как правило, простирается над территорией протяженностью около 10 километров. Красные призраки возникают над мезомасштабными конвективными системами (МКС) - штормовыми облаками, покрывающими в 10 раз большее расстояние.

  • Мезомасштабными конвективными системами (или комплексами) метеорологи называют большие скопления кучеряво-дождевых облаков с почти круговой формой, возникающие в тропиках и в умеренных широтах.- Ред.

"В Британии время от времени тоже случаются такие грозы, - уточняет доктор Фуллекруг. - Сейчас мы исследуем одну из них, произошедшую в мае прошлого года. Во время нее образовалась прекрасная череда спрайтов" [над графством Корнуолл на юго-западе Англии - Ред.].

Тогда красных призраков удалось запечатлеть наблюдателям метеоритов, камеры которых были настроены таким образом, чтобы можно было видеть след падающих звезд.

Космические охотники за грозами

Главная задача ASIM - изучить физику переходных люминесцентных явлений (TLE) и свойства гроз, которые их порождают.

В составе спецоборудования - две камеры, способные делать 12 фотографий в секунду, рентген и детектор гамма-излучений.

Эта техника позволит международной команде ученых, для многих из которых это исследование является кульминацией десятков лет работы, определить, где именно в облаках возникают красные призраки и голубые стрелы.

Правообладатель иллюстрации Science Photo Library
Image caption Спрайты возникают над вершинами облаков

Благодаря помощи Европейского космического агентства, миссия ASIM запланирована как минимум на два года.

За это время ученые надеются исследовать по одной вспышке TLE в день, хотя в мире они происходят, по существующим оценкам, ежеминутно.

Для физика Нойберта это время будет невероятно захватывающим.

"Мы ведь толком не знаем, как устроена молния. Она возникает так быстро, и так опасна… Добраться до физических процессов, которые происходят внутри нее, довольно сложно", - говорит ученый.

В тонких верхних слоях атмосферы вспышки TLE шире, и лучше поддаются исследованиям.

При этом сам Нойберт признается: "Для меня это окно, позволяющее заглянуть внутрь молнии".

Похожие темы

Новости по теме

Ссылки

Би-би-си не несет ответственности за содержание других сайтов.