Молнии и полярное сияние уже хорошо изучены. Но в верхних слоях атмосферы возникают и другие световые явления, связанные с электрическими разрядами, — спрайты, эльфы, синие джеты, голубые стартеры. Недавно приборы на МКС зафиксировали один из таких феноменов в деталях, а ученые его объяснили.

яркие вспышки

Синие джеты — молнии наоборот

Обычные молнии зарождаются в грозовых облаках в нижнем слое атмосферы — тропосфере — на высоте 12-16 километров. Направлены они вниз, к земной поверхности. После того как за планетой начали наблюдать из космоса, оказалось, что и в верхних слоях есть множество разнообразных электрических явлений.

Ближе всего к земле — синие джеты, или синие струи: разряды, похожие на молнии, длительностью несколько сотен миллисекунд. Они возникают в тех же грозовых облаках, только не на нижней, а на верхней границе — в результате электрического пробоя между положительно заряженной верхней частью облака и слоем отрицательно заряженного воздуха над ним.

Сразу после разряда вспыхивает короткий яркий отрезок, который, по аналогии с молниями, называют лидером. Иногда, если высота небольшая, на этом все и заканчивается. Такие явления известны как голубые стартеры. Но чаще струи, или, как говорят ученые, стримеры, от лидера распространяются вверх через всю стратосферу в виде узких конусов голубого цвета.

Феи и эльфы верхних слоев атмосферы

Еще выше, в мезосфере, на высоте 50-80 километров, во время сильной грозы появляются разряды холодной плазмы красного цвета — спрайты (от английского sprite — “фея”). Они возникают через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся менее 100 миллисекунд. Спрайты распространяются одновременно вверх и вниз, достигая 60 километров в длину и 100 — в диаметре.

Спрайты нередко называют высотными молниями. Но, в отличие от последних, вещество в них не нагревается до очень высоких температур: в этом плане они больше похожи на холодные плазменные вспышки или газовые разряды в люминесцентных лампах.

Иногда спрайты видны с земли — неподвижные или “танцующие” в небе округлые объекты нередко принимают за НЛО.

В верхней части, на границе мезосферы и ионосферы, спрайты обычно заканчиваются плоскими “шляпами” — расходящимися на сотни километров кольцами красного свечения. Их называют “эльфами” — от аббревиатуры ELVES (Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources). Расшифровывается это как как “световое излучение и низкочастотные возмущения от электромагнитных импульсов”.

Как правило, эльфы возникают на высотах порядка ста километров, над мощными штормами, и длятся всего несколько миллисекунд. Считают, что их свечение связано с излучением возбужденных молекул азота, которые получают энергию от ускорившихся из-за грозы электронов.

На этом список оптических феноменов не заканчивается. В верхних слоях атмосферы есть еще “тролли”, “пикси”, “зеленые призраки” и “гномы” — целый зоопарк разноцветных эффектов. Специалисты полагают, что эти высотные “молнии”, объединенные под именем “кратковременные световые явления” (TLE), представляют собой электрически индуцированные виды светящейся плазмы.

Большинство изучены недостаточно — они очень редкие, чрезвычайно короткоживущие и к тому же во время грозы скрыты для наблюдателя с земли плотными облаками. Ученые пытались исследовать их со спутников и горных вершин, но первые полноценные данные получили только после наблюдений с орбиты.

Приборы МКС выяснили природу синих “молний”

Для регулярного изучения TLE Европейское космическое агентство (ЕКА) вместе с Датским национальным космическим центром (DNSC) создали Комплекс спектроскопических приборов ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor — Монитор взаимодействий между атмосферой и космосом). В него входят оптические камеры, фотометры, чрезвычайно чувствительный субмиллиметровый спектрометр, а также детекторы рентгеновского и гамма-излучения, предназначенные для поиска электрических разрядов, которые распространяются над грозами в верхние слои атмосферы.

В 2018 году комплекс установили на внешней подвеске научного оборудования модуля “Коламбус” Международной космической станции, а в феврале 2019-го приборы ASIM зафиксировали в грозовой ячейке над Тихим океаном пять разрядных вспышек в синем диапазоне видимого света длительностью около десяти микросекунд каждая. Одна привела к образованию джета, который достиг стратопаузы — пограничного слоя между стратосферой и мезосферой на высоте 50-55 километров над уровнем моря.

Ученые впервые заметили: от вспышек, порождающих синие джеты, как и от спрайтов, расходятся и распространяются в нижнем слое ионосферы кольца-эльфы оптического и ультрафиолетового излучения — только не красные, а голубые. Все пять разрядов сопровождались такими концентрически расширяющимися кругами.

Кроме того, гамма-детектор ASIM обнаружил над грозовыми облаками электрон-позитронные пучки — выбросы гамма-лучей, генерируемые энергетическими электронами и их античастицами позитронами.

В недавней статье в Nature ученые подвели итоги исследования и подтвердили версию о том, что синие джеты — следствие тех же процессов, которые приводят к образованию обычных молний. По сути, это каналы в атмосфере — и по ним стекает электрический заряд. Цвет джетов, по мнению авторов, связан с ионизацией молекул азота: свечение не в красной части спектра, а в фиолетово-голубой обусловлено тем, что на больших высотах давление ниже и деактивация электронов при столкновениях не так эффективна.

Наблюдения за джетами и эльфами с борта МКС ведет и российское оборудование эксперимента “УФ-атмосфера”. Оно снабжено камерой с временным разрешением 2,5 микросекунды, что обеспечивает чувствительность примерно на два порядка выше, чем у европейского. Источник

Читайте также: Крутится, вертится: чем грозит Земле ускоренное вращение в 2021 году

 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here