възходяща мълния
Регистрираните от Джон Винклер изхвърляния започват от височина 14 километра, а размерите им са над 20 километра. Механизмът, водещ до появата им, не беше ясен и беше необходима голяма научна смелост, за да се обяви електрически разряд, издигащ се от краищата на тропосферата до такава височина.
Статиите буквално шокираха специалистите по астрономия, атмосферно електричество, радиофизика, атмосферна акустика, газоразрядна физика и аерокосмическа безопасност. След тези публикации НАСА вече не можеше да отхвърля възможната заплаха за космическите кораби и започна подробно проучване на изхвърлянията на голяма надморска височина. През трите години на подготовка за тази работа Winkler е консултиран повече от веднъж, но никога не е бил включен в самата програма.
Анализът на литературата показа, че в продължение на стотици години много хора са виждали необичайни и много големи изхвърляния над облаците. Те бяха наречени ракетна мълния, облачно-стратосферни разряди, възходяща мълния и дори мълния „облак-космос“. Но поради липсата на надеждни доказателства, странните съобщения на очевидци просто бяха игнорирани. Те дори пренебрегнаха такъв известен и уважаван специалист в областта на атмосферното електричество като нобеловия лауреат Чарлз Томсън Уилсън, който пише за подобно явление в своя статия през 1956 г. Необходими бяха усетът, опитът, постоянството и безстрашието на професор Джон Уинклер, за да превърне бързо „това не може да бъде“ в „кой не знае това“. Сега, на множество видеоклипове в интернет, тези изхвърляния могат да бъдат разгледани подробно.
Джон Уинклер почина през 2001 г. Не е работил повече по височинните категории, макар че е трудно да се повярва, че не е искал - след такъв и такъв успех. За публикуването му презНауката беше редовно споменавана, но очевидно не беше включена в проектите. Некролог, написан от колеги, показва негодувание към него. Но напразно. Всеки ден Джон Рандолф Уинклер е поздравяван с червени и лилави спрайтове, защото е научил хората да ги виждат.
Скоро изследователите откриха цяло светлинно шоу, разгръщащо се в горните слоеве на атмосферата над оловните фронтове на бурята. Главните действащи лица в него (по ред отдолу нагоре): сини струи, които понякога се наричат гноми (тъй като са отдолу), в средата са червено-виолетови духове и ореоли, а над тях са червеникави пръстени - елфи, реещи се в небето. Но, разбира се, не трябва да забравяме и режисьора, който стои зад грандиозния спектакъл – това са добре познатите гръмотевични облаци и светкавици. Всъщност доскоро групата беше по-многобройна, но изследователите постепенно се отърваха от спиртни напитки, медузи (някои видове спрайтове) и други звучни "животни".
Трябва да се отбележи, че упражненията с красиви имена не са просто забавление в стила на „физиката се шегува“, както може да изглежда на пръв поглед. Както в шоубизнеса, така и в науката популяризирането на идеи и посоки играе важна роля, защото тук и там има борба за ресурси. Областта на науката, която е в полезрението на обществото, обикновено е по-щедро финансирана. Спомнете си само нанотехнологиите, за които всички говорят, но никой не може да обясни какво е това и защо толкова много средства трябва да бъдат насочени там. Но да се върнем към нашето представяне и да запознаем всички с най-уважаваната публика по-подробно.
Елфите са най-ефимерните и краткотрайни от редиците на висока надморска височина. Тези светещи червено-виолетови пръстени се появяват в долната йоносфера на височини от 80-100 километра. За по-малко от милисекунда сиянието, възникнало в центъра, се разширява до 300-400 километра и избледнява. Елфите не са изследвани много подробно,вероятно защото те не предизвикват много спорове и не обещават сериозен напредък в разбирането на природата на атмосферните разряди. Те се раждат три десетхилядни от секундата (300 микросекунди) след силен удар от гръмотевичен облак в земята. Стволът му се превръща в "предавателна антена", от която тръгва мощна сферична електромагнитна вълна с много ниска честота със скоростта на светлината. За 300 микросекунди той просто достига до височина от 100 километра, където възбужда червено-виолетовото сияние на азотните молекули. Колкото по-далеч се движи вълната, толкова по-широк става пръстенът, докато изчезне от източника.
Сините джетове или гномите са най-мистериозните, редки и трудни за наблюдение същества в ансамбъла от нови високопланински рангове. Гномът прилича на син тесен обърнат конус, започващ от горния ръб на гръмотевичен облак и понякога достигащ височина от 40 километра. Скоростта на разпространение на сините струи е от 10 до 100 km/s. Но най-странното е, че появата им не винаги е свързана с видими гръмотевични разряди. На височините, където излитат джетовете, налягането е все още сравнително високо и не е изненадващо, че те са сини. Ето как светят мълнии, коронен разряд върху проводници, искров разряд и дори пламъци с висока температура. Това също е сиянието на азотните молекули, но не в червено-виолетовата лента, както при елфите, а в ултравиолетово синьо.
В допълнение към обикновените струи, така наречените сини стартери понякога се разпадат от горния ръб на облака. Те не се издигат над 30 километра. Някои учени смятат, че това е просто мълния, насочена нагоре в зона, където налягането пада бързо и следователно стартерите се разширяват много повече от обикновената мълния. Други ги смятат за недоразвити джетове.
Но най-интересният тип сини струи беше нареченгигантски струи. Започвайки не много далеч от повърхността на Земята, те достигат височина от 90 километра. Интересът на геофизиците към гигантските струи е съчетан с техния размер, тъй като тези изхвърляния извършват „нон-стоп полет“ от тропосферата направо в йоносферата. Те обаче са изключително редки и са надеждно записани не повече от дузина пъти. В същото време те живеят за част от секундата, което по принцип ви позволява да ги забележите с просто око.
Теорията на струите прави само първите си стъпки. Все още не е ясно дори как изглежда това явление. Ако по своята същност те са близки до светлинния канал на мълнията в етапа на развитие, тогава става ясно защо раждането на струя не е свързано с мълния: той самият е мълния. Но може би по-близка аналогия е разрядът в гръмотевичен облак, който захранва канала на светкавицата. В този случай ще бъде още по-трудно да се разбере природата на струите, тъй като теорията за такива изхвърляния е на ранен етап на развитие.
Червените спрайтове са обект на най-много наблюдения и публикации. Това са истински поп звезди сред височинните атмосферни изхвърляния. Понякога изглежда, че интересът към тях е толкова прегрят, колкото и към популярните певци. Защо са заслужили такова внимание? Въпросът вероятно е, че те са лесни за наблюдение (ако, разбира се, знаете, че това е възможно). Всеки ден по земното кълбо се раждат десетки хиляди спрайтове и е просто удивително, че не са били забелязани толкова дълго.
Спрайтовете са много ярки обемни светкавици, които се появяват на надморска височина от 70-90 километра и се спускат до 30-40 километра, а понякога и повече. В горната част ширината им понякога достига десетки километри. Това са най-обемните от височинните изхвърляния. Подобно на елфите, спрайтовете са пряко свързани със светкавиците, но не всички. Повечето светкавици падат от тази част на облака, коятоотрицателно зареден (средно се намира по-близо до земята). Но 10% от мълнията, която достига до земята, започва от областта на положителния заряд и тъй като основната площ на положителния заряд е по-голяма от отрицателния заряд, положителната мълния е по-мощна. Смята се, че точно такива мощни разряди генерират спрайтове, които пламват в мезосферата около стотна от секундата след изхвърляне от облак към земя.
Червено-виолетовият цвят на спрайтовете, подобно на този на елфите, се свързва с атмосферния азот. Горната част на спрайта свети равномерно, но под 70 километра изхвърлянето изглежда изтъкано от канали с дебелина стотици метри. Тяхната структура е най-интересната характеристика на спрайтовете за изучаване. Каналите се наричат стримери по аналогия с добре познатите разряди-игли в близост до острите ръбове на предмети при гръмотевична буря и близо до проводници с високо напрежение. Вярно е, че дебелината на земните стримери е около милиметър, а в спрайтовете те са 100 000 пъти по-големи. Все още не е ясно защо диаметърът на стримерите се увеличава толкова много - много по-бързо, отколкото налягането на въздуха пада с височината.
Halo е еднообразно червеникаво-лилаво сияние на надморска височина от около 80 километра. Причината за разряда изглежда същата като тази на горната част на спрайтовете, но за разлика от тях, ореолът винаги се появява точно над светкавицата. Спрайтовете си позволяват свободата да бъдат някъде отстрани. Изглежда има някаква връзка между спрайтове и ореоли, но механизмът все още е неясен. Те се появяват заедно или поотделно. Може би ореолът е горната част на спрайтовете, когато силата на електрическото поле не е достатъчна, за да се разпространи разрядът в по-плътния долен въздух.
Според американския наръчник за наблюдение на Sprite и Giant Jet, за да видитеспрайтове, наблюдателят трябва да е на разстояние около 100 километра от епицентъра на гръмотевичната буря. За да наблюдава струите, трябва да насочи оптиката на 30-35 градуса към района на гръмотевичната буря. Тогава той ще може да наблюдава част от йоносферата на височина до 50 километра, именно в тази зона най-често се появяват джетове. За да наблюдавате спрайтове, трябва да насочите бинокъла под ъгъл от 45-50 градуса, което ще съответства на област от небето на надморска височина от около 80 км - мястото, където се раждат спрайтовете.
Спрайтове, като мълния, се срещат не само на Земята, но и на други планети от Слънчевата система. Предполага се, че спрайтовете са били записани от космически изследователски апарати по време на силни бури на Венера, Сатурн и Юпитер.
Спрайтовете и елфите се появяват на такава висока надморска височина поради силната йонизация на въздуха от галактическия прах. На надморска височина над 80 километра проводимостта на тока е десет милиарда пъти по-висока, отколкото в повърхностните слоеве на атмосферата.
Името "спрайтове" идва от името на горските духове, за които се говори в комедията на Уилям Шекспир "Сън в лятна нощ".
Спрайтовете са били известни на човечеството много преди 1989 г. Хората са изразили различни хипотези за природата на това явление, включително факта, че проблясъците на светлина са извънземни космически кораби. И едва след като Джон Уинклер успя да направи снимки на спрайтове в йоносферата, учените доказаха, че те имат електрически произход.
Цветът на спрайтовете, струите и елфите се различава от височината, на която се появяват. Факт е, че в околоземната атмосфера се концентрира повече въздух, докато в горните слоеве на йоносферата се наблюдава висока концентрация на азот. Въздухът гори със сини и бели пламъци, азотът с червени. Поради тази причина джетоветези, които са под спрайтовете, са предимно сини, докато самите спрайтове и по-високо елфите са с червеникав оттенък.
