Над грозой: космическая охота за молниями

МКС Копірайт зображення ESA/NASA
Image caption Международная космическая станция предоставляет уникальные возможности слежения за погодными явлениями Земли

Грозы - одно из самых впечатляющих явлений в природе. Но то, что мы видим с поверхности планеты, - это лишь "верхушка айсберга", пишет корреспондент BBC News по вопросам науки Мэри Холтон.

В верхних слоях земной атмосферы с молниями происходят вообще причудливые события, и новая научная миссия стремится исследовать их.

Для этого на Международной космической станции (МКС) будет действовать специальный комплекс наблюдения за взаимодействием космоса и атмосферы - Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM).

Уже к концу апреля он начнет следить за странными электрическими феноменами, которые происходят над грозами.

Небесная лаборатория

Ваше устройство не поддерживает воспроизведение
Молнии на планете Земля: таймлапс с МКС

Находясь на 400-километровой орбите, МКС имеет идеальный обзор всех турбулентных погодных систем на Земле.

Электрические разряды штормов все время видны с космической станции.

И когда молния ударяет в землю, над облаками происходит нечто совершенно отличное.

Этот необычный феномен, известный как "переходные световые явления" (Transient Luminous Events, TLE) ученые обнаружили случайно в 1989 году.

Как-то американский профессор из Университета Миннесоты Джон Рэндольф Уинклер накануне старта ракеты проверял работу телекамеры. Неожиданно ученый обратил внимание на то, что на двух кадрах зафиксировались яркие столбы света над дальними штормовыми облаками.

Тогда это открытие шокировало ученых.

Копірайт зображення OTD/LIS, NASA Marshall Space Flight Center
Image caption Удары молний сосредотачиваются над материками - больше всего их в Африке и Южной Америке

Среди исследователей, решивших заняться феноменом, был и нынешний ведущий исследователь команды ASIM Торстен Нойберт - физик 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

Копірайт зображення Jason Ahrns
Image caption Спрайты, или красные призраки, могут длиться несколько миллисекунд

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.

"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

Копірайт зображення Science Photo Library
Image caption Спрайты возникают над вершинами облаков

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.

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".

Следите за нашими новостями в Twitter и Telegram

Новости по теме