Acum 20 de ani, în noaptea de 5-6 iulie 1989, a avut loc un eveniment important în istoria explorării planetei Pământ. John Randolph Winkler, un profesor retras și un veteran NASA, în vârstă de 73 de ani, a vizat o cameră video de înaltă sensibilitate la norii de furtună, iar apoi, uitându-se la fotograful de înregistrare cu cadru, a descoperit două sclipiri luminoase, care, spre deosebire de fulgere, nu au coborât la pământ, ci sus, pentru a ionosfera. Astfel, s-au descoperit sprituri - cea mai mare dintre deversările de mare altitudine din atmosfera Pământului. Aceștia au confirmat clar existența unui circuit electric global pe planeta noastră și au oferit noi oportunități pentru studiul acestuia.
Hai să aflăm mai multe despre asta …
Descărcările înregistrate de John Winkler au pornit de la o înălțime de 14 kilometri, iar dimensiunile lor au fost de peste 20 de kilometri. Mecanismul care a dus la apariția lor era neclar și a fost nevoie de mult curaj științific pentru a anunța descărcarea electrică care se ridica de la granițele troposferei la o astfel de înălțime.
Pentru a obține dovezi mai convingătoare, un entuziast Winkler a așteptat până când Uraganul Hugo a lovit Minnesota și în noaptea de 22-23 septembrie a înregistrat din nou multe descărcări similare de înaltă altitudine în timpul videoclipurilor. Interesant, el a condus formal această cercetare ca amator, deoarece nu a fost inclusă în niciun program științific. Dar Winkler, desigur, nu era un amator și a acționat decisiv, ca un om clar conștient de misiunea sa. Din lucrările sale anterioare la NASA, el are o cameră video defectuoasă de mare viteză. El l-a convins pe decanul departamentului de fizică de la Universitatea din Minnesota să aloce 7.000 de dolari pentru repararea acestuia și a instalat echipamente pentru a analiza înregistrările din casa sa.
Filmările unice ale deversărilor uriașului îl înspăimântau pe Winkler atât cât îl făcea fericit. Ce se întâmplă dacă o astfel de descărcare a lovit aeronava? Și savantul a apelat la colegii săi de la NASA cu un avertisment. Au început să se îndoiască. Care sunt descărcările? Însă, indiferent de trecutul lui Winkler, au aruncat o privire la înregistrările zborurilor navetelor spațiale. Și nu le veneau să creadă ochii: mai multe zeci de astfel de descărcări au fost găsite pe filme. Winkler a înțeles. În calitate de profesionist, el a adus problema la concluzia logică - publicații în revistele științifice de frunte Geophysical Research Letters (1989) și Science (1990).
Video promotional:
Articolele au șocat literalmente specialiștii în astronomie, electricitate atmosferică, radiofizică, acustică atmosferică, fizica descărcărilor de gaze și securitatea aerospațială. După aceste publicații, NASA nu a mai putut ridica posibila amenințare pentru navele spațiale și a început un studiu detaliat al descărcărilor de mare altitudine. În cei trei ani de pregătire pentru această lucrare, Winkler a fost consultat în mod repetat, dar nu a fost niciodată inclus în programul în sine.
În chiar prima noapte de observații, 7 iulie 1993, la o stație științifică din apropierea Fort Collins (Colorado), cercetătorii surprinși au înregistrat peste 240 de descărcări de mare altitudine. În seara următoare, un laborator dedicat zborurilor la bordul aeronavei DC-8 a fost implementat pentru a exclude o eroare în determinarea altitudinii. Rezultatele au depășit toate așteptările: au fost detectate flăcări uriașe la altitudini de cel puțin 50-60 de kilometri. În cinstea lui Pak neliniștit din „Un vis de noapte de Shakepeare”, li s-a oferit numele sprituri, adică spirite aeriene. Firește, a apărut întrebarea: de ce nu știau de aceste descărcări înainte, dacă fiecare front puternic de furtună generează zeci de ele?
Analiza literaturii a arătat că de-a lungul a sute de ani, mulți oameni au văzut descărcări neobișnuite și foarte mari deasupra norilor. Ei au fost numiți fulgere rachetă, descărcări stratosferice tulbure, fulgere ascendente și chiar fulgere nor-la-spațiu. În lipsa unor dovezi fiabile, rapoarte ciudate ale martorilor oculari au fost pur și simplu ignorate. Ei chiar au perceput deoparte un cunoscut și onorat specialist în domeniul electricității atmosferice ca laureatul Nobel Charles Thomson Wilson, care a scris despre un fenomen similar în articolul său din 1956. A fost nevoie de fler, experiență, perseverență și neînfricare a profesorului John Winkler, astfel încât „acest lucru nu poate fi” transformat foarte repede în”, dar cine nu știe acest lucru”. Acum, pe numeroase videoclipuri de pe Internet, puteți examina în detaliu aceste categorii.
John Winkler a murit în 2001. El nu a făcut mai multe lucrări la note de mare altitudine, deși este greu de crezut că nu a vrut - după un astfel de succes. Publicarea sa în Science a fost menționată în mod regulat, dar se pare că nu este inclusă în proiecte. Obituarul scris de colegii săi arată resentimente pentru el. Dar în zadar. Spriturile roșii și purpurii sunt salutate lui John Randolph Winkler în fiecare zi pentru că i-a învățat pe oameni să le vadă.
La scurt timp, cercetătorii au descoperit un întreg spectacol de lumină care se desfășoară în atmosfera superioară deasupra furtunilor de plumb. Principalii actori din ea (în ordine de jos în sus): jeturi albastre, care sunt uneori numite gnomi (din moment ce sunt în partea de jos), în mijloc sunt sprituri roșii-purpurii și halos, iar deasupra lor sunt inele roșiatice - elfii care se plimbă în înălțime. Dar, desigur, nu trebuie să uităm de regizorul din spatele spectacolului grandios - acestea sunt binecunoscutele nori de furtună și fulgere. De fapt, nu cu mult timp în urmă trupa era mai numeroasă, dar cercetătorii au scăpat treptat de spiritele, meduzele (unele tipuri de sprituri) și alte „viețuitoare” sonore.
Trebuie remarcat faptul că exercițiile cu nume frumoase nu sunt doar distractive în stilul de „glumă fizică”, așa cum ar putea părea la prima vedere. La fel ca în business show, în știință promovarea ideilor și a tendințelor joacă un rol important, deoarece aici și acolo există o luptă pentru resurse. Domeniul științei care este auzit de public este de obicei mai generos finanțat. Amintiți-vă cel puțin nanotehnologiei, despre care vorbește toată lumea, dar nimeni nu poate explica cu adevărat despre ce este vorba și de ce atât de mulți bani trebuie direcționați acolo. Dar să revenim la performanța noastră și să îi prezentăm pe toți în detaliu pentru publicul cel mai respectabil.
Elfii sunt cei mai efemeri și de scurtă durată din familia înaltă. Aceste inele strălucitoare roșu-violet apar în ionosfera inferioară la altitudini de 80-100 de kilometri. În mai puțin de o milisecundă, strălucirea, care apare în centru, se extinde până la 300-400 de kilometri și se estompează. Elfii nu au fost studiați în detaliu, probabil pentru că nu provoacă prea multe controverse și nu promit progrese serioase în înțelegerea naturii deversărilor atmosferice. Ei se nasc trei zeci de mii de secundă (300 microsecunde), după ce un fulger puternic a izbucnit dintr-un tunet în pământ. Trunchiul său devine o „antenă de transmitere”, de la care pornește cu viteza luminii o puternică undă electromagnetică sferică cu frecvență foarte mică. În 300 de microsecunde, ajunge doar la o altitudine de 100 de kilometri, unde excită strălucirea roșie-violetă a moleculelor de azot. Cu cât valul merge mai departecu cât inelul devine mai lat, până când se îndepărtează de sursă.
Jeturile albastre, sau gnomii, sunt cele mai misterioase, rare și dificil de observat în ansamblul noilor descărcări de mare altitudine. Gnomul arată ca un con invers inversat de culoare albastră, pornind de la marginea superioară a unui tunet și ajungând uneori la 40 de kilometri înălțime. Viteza de propagare a jeturilor albastre este de la 10 la 100 km / s. Dar cel mai ciudat lucru este că aspectul lor nu este întotdeauna asociat cu fulgere vizibile. La altitudinile de la care sunt lansate jeturile, presiunea este încă relativ ridicată și nu este surprinzător faptul că acestea sunt albastre. Așa stralucesc fulgerul, descărcarea coroanei pe fire, descărcarea scântei și chiar flacarile la temperaturi ridicate. Aceasta este, de asemenea, strălucirea moleculelor de azot, dar nu în banda roșie-violetă, ca în cazul elfilor, ci în ultraviolet-albastru.
Pe lângă jeturile obișnuite, așa-numitele startere albastre se despart uneori de marginea superioară a norului. Nu se ridică peste 30 de kilometri. Unii oameni de știință cred că acesta este doar un fulger direcționat în sus într-o zonă în care presiunea scade rapid și, prin urmare, începătorii se extind mult mai mult decât fulgerul convențional. Alții le consideră jeturi subdezvoltate.
Dar cel mai interesant tip de jeturi albastre a fost numit jeturi gigantice. Pornind nu foarte departe de suprafața Pământului, ajung la 90 de kilometri înălțime. Interesul geofizicienilor pentru avioanele gigantice de a se potrivi cu dimensiunile lor, deoarece aceste descărcări fac un „zbor non-stop” din troposferă direct către ionosferă. Cu toate acestea, acestea sunt extrem de rare și au fost înregistrate în mod fiabil de cel mult zeci de ori. În același timp, trăiesc o fracție de secundă, ceea ce, în principiu, le permite să fie observate cu ochiul liber.
Teoria jetului face doar primii pași. Nici măcar nu este clar cum arată acest fenomen. Dacă prin natura lor sunt apropiați de canalul luminos al fulgerului în stadiul de dezvoltare, atunci devine clar de ce nașterea unui jet nu este asociată cu fulgerul: ea însăși este fulgerul. Dar, poate, o analogie mai strânsă este descărcarea în interiorul unui tunet, care energizează canalul fulgerului. În acest caz, va fi și mai dificil să înțelegem natura jeturilor, deoarece teoria acestor descărcări se află într-un stadiu incipient de dezvoltare.
Cel mai mare număr de observații și publicații este dedicat spriturilor roșii. Acestea sunt adevărate stele pop printre descărcările atmosferice de mare altitudine. Uneori, se pare că interesul pentru ei este la fel de supraîncălzit ca în cântăreții populari. De ce meritau o astfel de atenție? Ideea este probabil că sunt ușor de observat (dacă, desigur, știi că este posibil). Zeci de mii de sprituri se nasc pe glob în fiecare zi și este uimitor faptul că nu au fost observați atât de mult timp.
Spriturile sunt flăcări volumetrice foarte strălucitoare, care apar la o altitudine de 70-90 de kilometri și coboară 30-40 de kilometri, și uneori mai mult. În partea superioară, lățimea lor atinge uneori zeci de kilometri. Acestea sunt cele mai voluminoase dintre deversările de mare altitudine. Ca și elfi, spritii sunt strâns legați de fulgere, dar nu toate. Majoritatea fulgerului izbesc din partea încărcată negativ a norului (în medie, este mai aproape de sol). Dar 10% din fulgerul care lovește solul pornește din zona unei încărcări pozitive și, deoarece zona principală a locației unei încărcări pozitive este mai mare decât cea a unei negative, fulgerul pozitiv este mai puternic. Se crede că astfel de descărcări puternice generează sprituri care se aprind în mezosferă aproximativ o sută de secundă după o descărcare de la nor la pământ.
Culoarea roșu-purpuriu a spriturilor, precum cea a elfilor, este asociată cu azotul atmosferic. Partea superioară a spritului strălucește uniform, dar sub 70 de kilometri, descărcarea pare să fie țesută din canale cu o grosime de sute de metri. Structura lor este cea mai interesantă caracteristică a spritilor de studiat. Canalele sunt numite streamers prin analogie cu binecunoscutele descărcări de ac la marginile ascuțite ale obiectelor în furtuni și la firele de înaltă tensiune. Este adevărat, grosimea streamer-urilor terestre este de ordinul unui milimetru, iar la sprituri sunt de 100.000 de ori mai mari. Încă nu este clar de ce diametrul serpentinelor crește atât de mult - mult mai repede decât presiunea aerului scade odată cu înălțimea.
Halo este o strălucire uniformă roșiatică-purpurie, la o altitudine de aproximativ 80 de kilometri. Motivul descărcării este aparent același ca în partea de sus a spriturilor, dar spre deosebire de acestea, halo apare întotdeauna direct deasupra fulgerului. Spritii iau libertatea de a fi undeva pe lateral. Se pare că există o oarecare legătură între sprituri și halos, dar mecanismul nu este încă clar. Apar uneori împreună, alteori separat. Poate halo este partea superioară a spriturilor, când rezistența câmpului electric nu a fost suficientă pentru ca descărcarea să se răspândească în aerul mai dens.
Conform Hărții Geografice a Furtunilor, rezidenții zonelor ecuatoriale și tropicale ale Pământului au cele mai mari șanse de a vedea spriti. În această zonă apar până la 78% din toate furtunile. Locuitorii Rusiei pot observa și sprituri. Vârful furtunilor din țara noastră se încadrează în iulie-august. În acest moment iubitorii astronomiei pot vedea un fenomen atât de frumos precum spritii.
Conform manualului American Sprite and Giant Jet Observing Handbook, pentru a vedea spriturile, observatorul trebuie să se afle la aproximativ 100 de kilometri de epicentrul furtunii. Pentru a observa jeturile, el ar trebui să își îndrepte optica la 30-35 de grade spre zona furtunii. Apoi va putea observa o parte din ionosferă la o altitudine de până la 50 de kilometri, în această zonă apar jeturile cel mai des. Pentru a observa spritele, ar trebui să îndrepți binoclul la un unghi de 45-50 de grade, care va corespunde zonei cerului la o altitudine de aproximativ 80 km - locul în care se nasc spritii.
Pentru un studiu mai bun și mai detaliat al spriturilor, jeturilor și chiar mai mult al elfilor, este mai bine ca observatorul să folosească echipamente speciale de cinema, ceea ce va permite să înregistreze în detaliu rafinările cerești. Cel mai bun moment pentru a vâna sprituri în Rusia este de la mijlocul lunii iulie până la mijlocul lunii august.
Spritii, ca și fulgerul, se găsesc nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete ale sistemului solar. Probabil, au fost spriturile care au fost înregistrate de vehiculele de cercetare spațială în timpul furtunilor severe de pe Venus, Saturn și Jupiter.
Spritii și elfii apar la altitudini atât de mari datorită ionizării puternice a aerului de praful galactic. La o altitudine de peste 80 de kilometri, conductivitatea curentului este de zece miliarde de ori mai mare decât în straturile de suprafață ale atmosferei.
Denumirea „sprites” provine de la numele spiritelor pădurii, la care se face referire în comedia lui William Shakespeare „Un vis de noapte a nopții”.
Spritele erau cunoscute omenirii cu mult înainte de 1989. Oamenii au exprimat diverse ipoteze cu privire la natura acestui fenomen, inclusiv faptul că sclipirile de lumină sunt nave spațiale extraterestre. Abia după ce John Winkler a reușit să capteze cadre de sprituri în ionosferă, oamenii de știință au dovedit că sunt de origine electrică.
Culoarea spriturilor, jeturilor și elfilor diferă în funcție de înălțimea la care apar. Cert este că mai mult aer este concentrat în atmosfera apropiată a Pământului, în timp ce se observă o concentrație mare de azot în straturile superioare ale ionosferei. Aerul arde cu flacără albastră și albă, azot - roșu. Din acest motiv, jeturile de sub sprituri sunt predominant albastre, în timp ce spriturile în sine și, mai sus, elfii, sunt roșiatice.
Și iată un videoclip cu un fenomen foarte rar - fulgerul în creștere:
