Над грозою: космічне полювання за блискавками

МКС Копирайт изображения ESA/NASA
Image caption Міжнародна космічна станція надає унікальні можливості стеження за погодними явищами Землі

Грози - одне з найбільш вражаючих явищ у природі. Але те, що ми бачимо з поверхні планети, - це лише "верхівка айсберга", пише кореспондент BBC News з питань науки Мері Холтон.

У верхніх шарах земної атмосфери з блискавками відбуваються взагалі химерні події, й нова наукова місія прагне дослідити їх.

Для цього на Міжнародній космічній станції (МКС) діятиме спеціальний комплекс спостереження за взаємодією космосу та атмосфери - Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM).

Вже до кінця квітня він почне слідкувати за дивними електричними феноменами, які відбуваються над грозами.

Небесна лабораторія

Ваш пристрій не підтримує відтворення мультимедійних файлів
Блискавки на планеті Земля: таймлапс з МКС

Перебуваючи на 400-кілометровій орбіті, МКС має ідеальний вид на всі турбулентні погодні системи на Землі.

Електричні розряди штормів весь час видно з космічної станції.

Й коли блискавка вдаряє у землю, над хмарами відбувається щось зовсім відмінне.

Цей незвичний феномен, відомий як "перехідні світлові явища" (Transient Luminous Events, TLE) вчені виявили випадково у 1989 році.

Якось американський професор з Університету Міннесоти Джон Рендольф Уінклер напередодні старту ракети перевіряв роботу телекамери. Несподівано вчений звернув увагу на те, що на двох кадрах зафіксувалися яскраві стовпи світла над далекими штормовими хмарами.

Тоді це відкриття шокувало вчених.

Копирайт изображения OTD/LIS, NASA Marshall Space Flight Center
Image caption Удари блискавок зосереджуються над материками - найбільше їх в Африці та Південній Америці

Серед дослідників, які вирішили зайнятися феноменом, був і нинішній провідний дослідник команди ASIM Торстен Нойберт - фізика з Данського технічного університету.

"Це всіх нас дуже здивувало. Як це можливо - щось таке існує, а ми про це до чього часу нічого не знали? Схоже, це явище відоме пілотам - є кілька розповідей очевидців", - розповідає вчений.

Добру половину століття, до появи знімків Уінклера, ті, хто помічав подібні спалахи, зазвичай описували їх як висхідні промені, або "блискавки навпаки" - спрямовані не вниз, до поверхні Землі, а вгору.

Через їх швидкоплинну природу та загадковість ці явища назвали "ельфами" або ж казковими феями-"спрайтами".

  • Назва "спрайт" походить від англійського sprite, тобто "фея", "ельф". З точки зору фізики, це вид електричних розрядів холодної плазми, що виникають у мезосфері і термосфері - на висоті до 800 км. У літературі їх іноді також називають "примарами" і "червоними примарами" - Ред.

Але попри такі назви ці спалахи зовсім не маленькі: вони тягнуться в атмосфері на десятки кілометрів.

"Червоні примари", "ельфи" і "блакитні струмені"

Копирайт изображения Jason Ahrns
Image caption "Спрайти" чи "червоні примари" тривають лише кілька мілісекунд

Але як утворюються ці явища?

"Вони дещо відрізняються від блискавок, - розповідає ВВС Торстен Нойберт. - Це пульсація електричного поля, що рухається вгору. У місці, де атмосфера стає тонкою, у полі може утворитися електричний розряд. В такому випадку ми говоримо про "спрайт".

"Спрайт", або "червоні примари", виникають за мілісекунди після потужного удару блискавки.

А "Ельфи" утворюються внаслідок вже не електричної, а електромагнітної пульсації, викликаної ударом блискавки. Миттєвий, подібний аурі, ареол ельфа неможливо помітити неозброєним оком. З'являючись в іоносфері, він "живе" менше однієї мілісекунди.

Не дивлячись на свою невловимість, природу ельфів вдалося напрочуд добре вивчити, вважає Мартін Фуллекруг з Університету Бата у Великій Британії.

Це найбільш поширені спалахи TLE, що виникають, на думку вчених, вдвічі частіше від "спрайтів".

І найменш вивченими є так звані "блакитні струмені", або "джети". Це висхідні електричні розряди, що починаються на вершинах хмар.

"Джети" не дуже добре вивчені, оскільки вони ледь помітні. Найчастіше вони блакитного кольору. Крім того, вони не завжди пов'язані з блискавкою. Вони з'являються несподівано і дуже загадкові", - уточнює Фуллекруг.

"Ельфів" зазвичай помічають над теплими водами океанів, а "червоні примари" частіше з'являються над сушею.

Найкраще їх спостерігати на півночі Америки, у ДР Конго та Південній Африці.

Але побачити їх можна з інших місць.

Звичайна літня гроза у Великій Британії, як правило, простягається над територією протяжністю близько 10 кілометрів. "Червоні примари" виникають над середніми конвективними системами - штормами, які в десять разів більші.

Мезомасштабним конвективними системами метеорологи називають великі скупчення кучеряво-дощових хмар з майже круговою формою, що виникають у тропіках і у помірних шіротах.- Ред.

  • "У Британії час від часу теж трапляються такі грози, - уточнює доктор Фуллекруг. - Зараз ми досліджуємо одну з них, що відбулася в травні минулого року. Під час неї утворилася кілька прекрасних "спрайтів" [над графством Корнуолл на південному заході Англії - Ред.]".

Тоді "червоних примар" вдалося сфотографувати спостерігачам метеоритів, камери яких були налаштовані таким чином, щоб можна було бачити слід падаючих зірок.

Космічні мисливці за грозами

Копирайт изображения Science Photo Library
Image caption Спрайти виникають над вершинами хмар

Головне завдання ASIM - вивчити фізику перехідних люмінесцентних явищ (TLE) і властивості гроз, які їх породжують.

До спецобладнання проекту входять дві камери, здатні робити 12 фотографій на секунду, рентген і детектор гамма-випромінювань.

Ця техніка дозволить міжнародній команді вчених, для багатьох з яких це дослідження є кульмінацією десятків років роботи, визначити, де саме у хмарах виникають "червоні примари" і "блакитні струмені".

Завдяки допомозі Європейського космічного агентства місія ASIM триватиме щонайменше два роки.

За цей час вчені сподіваються досліджувати по одному спалаху TLE на день, хоча у світі вони відбуваються, за нинішними оцінками, щохвилини.

Для фізика Нойберта цей час буде неймовірно захоплюючим.

"Адже ми насправді не знаємо, як влаштована блискавка. Вона виникає так швидко, і така небезпечна…, що дістатися до фізичних процесів, які відбуваються всередині неї, досить складно", - говорить учений.

У тонких верхніх шарах атмосфери спалахи TLE ширші й і краще піддаються дослідженням.

При цьому сам Торстен Нойберт зізнається: "Для мене це вікно, що дозволяє заглянути всередину блискавки".

Новини на цю ж тему