Беременность и дети

Молнии в стратосфере. Наука: явления - небесные спрайты, эльфы, тайгеры и джеты - документальный фильм "молния"

Спрайты – одни из красивейших природных явлений на нашей планете – невероятной величины молнии, которые еще называют «небесными духами».

Спрайты – необычные молнии, которые способны удивить человека не только своей божественной красотой, но и нестандартным, как для молнии, поведением. Мы привыкли, что обычная молния бьет с облаков вниз на землю. Что касается спрайтов, то здесь дело обстоит иначе – они бьют вверх, создавая в небесной сфере потрясающе красивое зрелище.

Впервые спрайты были зафиксированы в 1989 году. Первым их увидел американский астроном-эксперт Джон Уинклер, который почти полвека проработал в NASA. Ученый обнаружил молнии случайно, когда в целях научных изысканий наблюдал за грозой. Впервые увидев эти направленные вертикально вверх молнии, он не поверил собственным глазам. Удивило Уинклера и то, что такой разряд появлялся на необычайно большой, как для обычной молнии, высоте. Направленный вертикально вверх он мог представлять опасность для аппаратов, запускаемых в космос, самолетов и прочих летательных машин. По этой причине Джон Уинклер решил продолжить изучение этого необычного явления.

В ночь с 22 на 23 сентября 1989 года мистер Уинклер, воспользовавшись высокоскоростной кинокамерой, умудрился заснять огромные вспышки света, которые простирались в небе по направлению снизу-вверх. Ученый, пользовавшийся устаревшей аппаратурой, посчитал, что эти молнии возникли на высоте 14 километров, что вполне допустимо и для обычных молний. Впоследствии, когда изучением спрайтов занялись современные научно-исследовательские центры и лаборатории, было доказано, что эти природные явления появляются на высоте не менее 55 км. На такой высоте вы не сможете встретить ни одного небесного разряда, который был бы направлен в сторону земли.

Механизм возникновения спрайтов

Заинтересовавшись данными о спрайтах, которые представил Уинклер сотрудникам NASA, ученые почти сразу же развернули крупномасштабную кампанию по изучению этого природного явления. В первую же ночь исследований они обнаружили около 200 вспышек молний в слоях ионосферы. Вспышки света возникали в основном в пределах 50-130 километров над поверхностью земли. Это зрелище одинаково восхищало и страшило ученых, поскольку в те времена многие из них еще не знали, чего толком можно ждать от спрайтов. Опасения ученых были понятны, так как спрайты имели все шансы на то, чтобы стать прямой угрозой для высотных летательных аппаратов. Чтобы исключить возможность этой угрозы, ученые решили изучить механизм возникновения спрайтов.

Проведя ряд наблюдения за спрайтами, ученые выяснили, что это явление возникает в основном только при очень сильной грозе, шторме или урагане. Большинство обычных молний, которые достигают земли, бьют из отрицательно заряженной части облака. Однако некий их процент берет свое начало в положительно заряженной части. Доказано, что молнии, берущие начало в этой области, обладают более сильным зарядом, а соответственно и силой. Считается, что в положительно заряженной части облака берут свое начало и спрайты.

Детальное исследование спрайтов показало, что они бьют снизу от облака вверх к ионосфере. В некоторых случаях часть этой молнии (хвост спрайта) уходит в низ по направлению к земле, но никогда не достигает ее. Наблюдение и анализ вспышек в верхних слоях атмосферы показали, что молнии, образующиеся в этой области, могут отличаться по цвету, форме, а также высоте, на которой они появляются. Исходя из этих критериев, ученые решили классифицировать верхние молнии, разделив на джеты, спрайты и эльфы.

Джеты, спрайты и эльфы

Джеты представляют собой вспышки света, наблюдаемые на наиболее близком расстоянии к земле, от 15 до 30 километров. Именно их, скорее всего, зафиксировал Джон Уинклер, который в 1989 году впервые произвел наблюдение вспышек молний в верхних слоях атмосферы. Джеты имеют трубчатую форму. Обычно они сине-белого или голубого оттенка. Известны случаи появления гигантских джетов, которые били в высоту на расстояние около 70 километров.

Спрайт — редкий вид грозовых разрядов

Спрайты – вид молний, о которых мы говорим в этой статье. Они появляются на высоте от 50 до 130 километров и бьют по направлению к ионосфере. Спрайты появляются через доли секунды после удара обычной молнии. Обычно они возникают группами, а не поодиночке. Длина спрайтов, как правило, держится в пределах нескольких десятков километров. Диаметр группы спрайтов может достигать 100 км в поперечнике. Спрайты – это красные вспышки света. Они быстро появляются и быстро исчезают «Продолжительность жизни» спрайта всего около 100 миллисекунд.

– венец атмосферных молний. Они появляются на высоте свыше 100 км над земной поверхностью. Обычно эльфы появляются группами, напоминающими круг.

Диаметр такой группы может достигать 400 км в поперечнике. Также эльфы могут бить до 100 км в высоту – в самые верхние слои ионосферы. Зафиксировать эльфы крайне сложно, так как «живут» они не дольше пяти миллисекунд. Заснять такое явление можно только при помощи специальных, современных видеоприборов.

Как, где и когда можно наблюдать спрайты

Согласно Географической карте гроз, наибольшими шансами увидеть спрайты обладают жители экваториальной и тропической зоны Земного шара. Именно в этой области случается до 78% всех гроз. Жители России также могут наблюдать спрайты. Пик гроз в нашей стране приходится на июль-август месяц. Именно в это время любители астрономии могут увидеть такое красивое явление как спрайты.

Согласно американскому Справочнику наблюдения за спрайтами и гигантскими джетами, для того, чтобы увидеть спрайты, наблюдатель должен находиться на расстоянии примерно 100 километров от эпицентра грозы. Для того чтобы наблюдать джеты, ему следует навести оптику на 30-35 градусов по направлению к грозовой области. Тогда он сможет наблюдать часть ионосферы на высоте до 50 километров, именно в этой области чаще всего появляются джеты. Чтобы наблюдать спрайты, следует навести бинокль на угол 45-50 градусов, что будет соответствовать области неба на высоте около 80 км – месту, где рождаются спрайты.

Для лучшего и более детального изучения спрайтов, джетов, а тем более эльфов, наблюдателю лучше воспользоваться специальной киноаппаратурой, которая позволит детально зафиксировать небесные вспышки. Наиболее удачное время для охоты за спрайтами в России – период с середины июля по середину августа.

Спрайты, как и молнии, встречаются не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы. Предположительно именно спрайты были зафиксированы космическими исследовательскими аппаратами во время сильных штормов на Венере, Сатурне и Юпитере.
Спрайты и эльфы возникают на такой большой высоте из-за сильной ионизации воздуха галактической пылью. На высоте свыше 80 километров проводимость тока в десять миллиардов раз выше, чем в приземных слоях атмосферы.
Название «спрайты» происходит от наименования лесных духов, о которых идет речь в комедии Уильяма Шекспира «Сон в летнюю ночь».
Спрайты были известны человечеству задолго до 1989 года. Люди высказывали разные гипотезы на счет природы этого явления, в том числе и то, что вспышки света являются инопланетными космическими кораблями. И только после того, как Джону Уинклеру удалось снять кадры спрайтов в ионосфере, ученые доказали, что они имеют электрическое происхождение.
Цвет спрайтов, джетов и эльфов разнится от высоты, на которой они появляются. Дело в том, что в околоземной атмосфере сосредоточено больше воздуха, тогда как в верхних слоях ионосферы наблюдается высокая концентрация азота. Воздух горит синим и белым пламенем, азот – красным. По этой причине джеты, которые находятся ниже спрайтов, имеют преимущественно синий цвет, а сами спрайты и, более высокие, эльфы – красноватый оттенок.

20 лет назад, в ночь с 5 по 6 июля 1989 года, в истории изучения планеты Земля произошло важное событие. Джон Рандольф Уинклер, отставной профессор, 73-летний ветеран NASA, направил на грозовые облака высокочувствительную видеокамеру, а потом, просматривая запись кадр за кадром, обнаружил две яркие вспышки, которые в отличие от молний шли не вниз, к земле, а вверх, к ионосфере. Так были открыты спрайты - самые крупные из высотных разрядов в атмосфере Земли. Они наглядно подтвердили существование на нашей планете глобальной электрической цепи и дали новые возможности для ее исследования.

Разряды, зарегистрированные Джоном Уинклером, стартовали с высоты 14 километров, а их размеры составляли более 20 километров. Механизм, приводящий к их появлению, был неясен, и требовалась большая научная смелость, чтобы объявить об электрическом разряде, поднимающемся от границ тропосферы на такую высоту.

Чтобы получить более убедительные доказательства, воодушевленный Уинклер дождался, когда Миннесоту накрыл ураган «Хьюго» и в ночь с 22 на 23 сентября снова записал на видеокамеру много подобных высотных разрядов над грозовыми облаками. Интересно, что формально он вел это исследование как любитель, поскольку оно не входило ни в какие программы научных работ. Но Уинклер, конечно, не был любителем и действовал решительно, как человек, четко осознающий свою миссию. От прошлой работы в NASA у него осталась неисправная высокоскоростная видеокамера. Он уговорил декана физического факультета Университета Миннесоты выделить на ее ремонт 7000 долларов и установил у себя дома оборудование для анализа записей.

Уникальные кадры гигантских разрядов испугали Уинклера не меньше, чем обрадовали. А что если такой разряд ударит в летательный аппарат? И ученый обратился к коллегам из NASA с предупреждением. Те засомневались. Что за разряды? Но из уважения к прошлому Уинклера взялись просмотреть записи, сделанные во время полетов космических челноков. И они не поверили своим глазам: на пленках обнаружилось больше десятка подобных разрядов. Уинклер попал в точку. Будучи профессионалом, он довел дело до логического конца - публикаций в ведущих научных журналах Geophysical Research Letters (1989) и Science (1990).
Статьи буквально вызвали шок у специалистов по астрономии, атмосферному электричеству, радиофизике, атмосферной акустике, физике газового разряда и аэрокосмической безопасности. После этих публикаций в NASA уже не могли отмахнуться от возможной угрозы космическим кораблям и начали развернутое исследование высотных разрядов. За три года подготовки к этой работе с Уинклером не раз советовались, но в саму программу так и не включили.

В первую же ночь наблюдений, 7 июля 1993 года, на научной станции вблизи Форт-Коллинса (штат Колорадо) удивленные исследователи зафиксировали больше 240 высотных разрядов. На следующую ночь, чтобы исключить ошибку в определении высоты, была задействована специализированная летающая лаборатория на борту самолета DC-8. Результаты превзошли все ожидания: огромные вспышки были обнаружены на высотах не менее 50-60 километров. В честь непоседливого Пака из шекспировского «Сна в летнюю ночь» им дали название спрайтов, то есть духов воздуха. Естественно, встал вопрос: почему об этих разрядах ничего не знали раньше, если каждый мощный грозовой фронт порождает их десятками?

Анализ литературы показал, что на протяжении сотни лет многие люди видели над облаками не обычные и очень большие разряды. Их называли ракетными молниями, облачно-стратосферными разрядами, восходящими молниями и даже молниями «облако - космос». Но в отсутствие надежных доказательств странные сообщения очевидцев просто игнорировались. Отмахнулись даже от такого известного и заслуженного специалиста в области атмосферного электричества, как нобелевский лауреат Чарлз Томсон Вильсон, который еще в 1956 году писал в своей статье о подобном явлении. Понадобились чутье, опыт, упорство и бесстрашие профессора Джона Уинклера, чтобы «этого не может быть» очень быстро превратилось в «да кто же этого не знает». Теперь на многочисленных роликах в Интернете можно в деталях рассмотреть эти разряды.

Джон Уинклер умер в 2001 году. Больше работ по высотным разрядам он не делал, хотя с трудом верится, что не хотел - после такого-то успеха. На его публикацию в Science исправно ссылались, но в проекты, видимо, не включали. В некрологе, написанном коллегами, сквозит обида за него. А зря. Каждый день Джону Рандольфу Уинклеру салютуют красно-фиолетовые спрайты, ведь он научил людей их видеть.

Вскоре исследователи обнаружили целое световое шоу, разворачивающееся в верхних слоях атмосферы над свинцовыми грозовыми фронтами. Главные актеры в нем (в порядке снизу вверх): голубые джеты, которых иногда называют гномами (раз уж они внизу), посередине красно-фиолетовые спрайты и гало, а над ними красноватые кольца - парящие в вышине эльфы. Но, конечно, не надо забывать режиссера, стоящего за грандиозным спектаклем, - это всем известные грозовые облака и молнии. Вообще-то еще недавно труппа была многочисленнее, но исследователи постепенно избавились от духов, медуз (некоторые виды спрайтов) и прочей звучной «живности».

Надо заметить, что упражнения в красивых названиях не просто забавы в стиле «физики шутят», как может показаться на первый взгляд. Как и в шоу-бизнесе, в науке продвижение идей и направлений играет важную роль, ведь и здесь, и там идет борьба за ресурсы. Область науки, которая на слуху у публики, обычно финансируется более щедро. Вспомните хотя бы нанотехнологии, о которых все говорят, но никто толком не может объяснить, что это такое и почему туда нужно направить столько средств. Но вернемся к нашему спектаклю и подробнее представим всех почтеннейшей публике.

Эльфы - самые эфемерные и короткоживущие в семействе высотных разрядов. Эти светящиеся красно-фиолетовые кольца возникают в нижней ионосфере на высотах 80-100 километров. Меньше чем за миллисекунду свечение, возникнув в центре, расширяется до 300-400 километров и угасает. Изучены эльфы не очень подробно, вероятно, потому, что не вызывают особых споров и не сулят серьезного продвижения в понимании природы атмосферных разрядов. Они рождаются через три десятитысячных секунды (300 микросекунд) после сильной молнии, ударившей из грозового облака в землю. Ее ствол становится «передающей антенной», от которой со скоростью света стартует мощная сферическая электромагнитная волна очень низкой частоты. За 300 микросекунд она как раз добирается до высоты 100 километров, где возбуждает красно-фиолетовое свечение молекул азота. Чем дальше уходит волна, тем шире становится кольцо, пока не угасает с удалением от источника.

Голубые джеты, или гномы, - самые загадочные, редкие и трудные для наблюдения существа в ансамбле новых высотных разрядов. Выглядит гном, как голубой узкий перевернутый конус, стартующий с верхнего края грозового облака и достигающий иногда 40-километровой высоты. Скорость распространения голубых джетов - от 10 до 100 км/с. Но самое странное, что их появление не всегда связано с видимыми разрядами молний. На высотах, откуда стартуют джеты, давление еще относительно высокое, и неудивительно, что они голубые. Так светят молния, коронный разряд на проводах, искровой разряд и даже пламя высокой температуры. Это тоже свечение молекул азота, но не в красно-фиолетовой полосе, как в случае эльфов, а в ультрафиолетово-голубой.

Кроме обычных джетов с верхней кромки облака иногда срываются вверх так называемые голубые стартеры. Они не поднимаются выше 30 километров. Одни ученые полагают, что это просто разряд молнии, направленный вверх, в область, где давление быстро падает, и потому стартеры расширяются гораздо сильнее обычных молний. Другие считают их недоразвитыми джетами.

Но самый интересный тип голубых джетов назвали гигантскими джетами. Стартуя не очень далеко от поверхности Земли, они достигают 90-километровой высоты. Интерес геофизиков к гигантским джетам под стать их размерам, ведь эти разряды совершают «беспосадочный перелет» из тропосферы прямо в ионосферу. Однако наблюдаются они чрезвычайно редко, и надежно их регистрировали не более дюжины раз. При этом живут они доли секунды, что, в принципе, позволяет заметить их простым глазом.

Теория джетов делает лишь первые шаги. Пока неясно даже, на что похоже это явление. Если по своей природе они близки к светящемуся каналу молнии в стадии развития, то становится понятно, почему рождение джета не связано с молниями: он сам - молния. Но, возможно, более близкой аналогией является разряд внутри грозового облака, который питает энергией канал молнии. В этом случае понять природу джетов будет еще труднее, поскольку теория таких разрядов находится в начальной стадии развития.

Красным спрайтам посвящено наибольшее число наблюдений и публикаций. Это настоящие поп-звезды среди высотных атмосферных разрядов. Иногда кажется, что интерес к ним столь же перегрет, как и к популярным певцам. Чем же они заслужили такое внимание? Дело, вероятно, в том, что их несложно наблюдать (если, конечно, знать о том, что это возможно). Каждые сутки на земном шаре рождаются десятки тысяч спрайтов, и просто удивительно, что их так долго не замечали.

Спрайты - очень яркие объемные вспышки, возникающие на высоте 70-90 километров и спускающиеся вниз на 30-40 километров, а иногда и больше. В верхней части их ширина достигает порой десятков километров. Это самые объемные из высотных разрядов. Как и эльфы, спрайты состоят в прямом родстве с молниями, но не со всеми. Большинство молний бьет из той части облака, которая заряжена отрицательно (она в среднем расположена ближе к земле). Но 10% молний, достигающих земли, стартуют из области положительного заряда, а так как основная область расположения положительного заряда больше, чем отрицательного, то положительные молнии мощнее. Считается, что именно такие мощные разряды порождают спрайты, вспыхивающие в мезосфере примерно через сотую долю секунды после разряда класса «облако - земля».

Красно-фиолетовый цвет спрайтов, как и у эльфов, связан с атмосферным азотом. Верхняя часть спрайта светится однородно, а вот ниже 70 километров разряд как будто сплетается из каналов толщиной в сотни метров. Их структура - самая интересная для изучения особенности спрайтов. Каналы называют стримерами по аналогии с хорошо известными разрядами-иголочками у острых краев предметов в грозовую погоду и у высоковольтных проводов. Правда, толщина земных стримеров порядка миллиметра, а в спрайтах они в 100 000 раз больше. Пока неясно, почему диаметр стримеров так сильно увеличивается - гораздо быстрее, чем падает с высотой давление воздуха.

Гало - это однородное красновато-фиолетовое свечение на высоте около 80 километров. Причина разряда, видимо, та же, что и у верхней части спрайтов, но в отличие от них гало всегда возникает прямо над вспышкой молнии. Спрайты же позволяют себе вольность находиться где-нибудь сбоку. Существует, видимо, некая связь между спрайтами и гало, но ее механизм пока неясен. Они появляются то вместе, то порознь. Возможно, гало и есть верхняя часть спрайтов, когда напряженности электрического поля не хватило, чтобы разряд распространился в более плотный нижний воздух.

Согласно Географической карте гроз, наибольшими шансами увидеть спрайты обладают жители экваториальной и тропической зоны Земного шара. Именно в этой области случается до 78% всех гроз. Жители России также могут наблюдать спрайты. Пик гроз в нашей стране приходится на июль-август месяц. Именно в это время любители астрономии могут увидеть такое красивое явление как спрайты.
Согласно американскому Справочнику наблюдения за спрайтами и гигантскими джетами, для того, чтобы увидеть спрайты, наблюдатель должен находиться на расстоянии примерно 100 километров от эпицентра грозы. Для того чтобы наблюдать джеты, ему следует навести оптику на 30-35 градусов по направлению к грозовой области. Тогда он сможет наблюдать часть ионосферы на высоте до 50 километров, именно в этой области чаще всего появляются джеты. Чтобы наблюдать спрайты, следует навести бинокль на угол 45-50 градусов, что будет соответствовать области неба на высоте около 80 км – месту, где рождаются спрайты.

Спрайты, как и молнии, встречаются не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы. Предположительно именно спрайты были зафиксированы космическими исследовательскими аппаратами во время сильных штормов на Венере, Сатурне и Юпитере.

Спрайты и эльфы возникают на такой большой высоте из-за сильной ионизации воздуха галактической пылью. На высоте свыше 80 километров проводимость тока в десять миллиардов раз выше, чем в приземных слоях атмосферы.

Название «спрайты» происходит от наименования лесных духов, о которых идет речь в комедии Уильяма Шекспира «Сон в летнюю ночь».

Спрайты были известны человечеству задолго до 1989 года. Люди высказывали разные гипотезы на счет природы этого явления, в том числе и то, что вспышки света являются инопланетными космическими кораблями. И только после того, как Джону Уинклеру удалось снять кадры спрайтов в ионосфере, ученые доказали, что они имеют электрическое происхождение.

Цвет спрайтов, джетов и эльфов разнится от высоты, на которой они появляются. Дело в том, что в околоземной атмосфере сосредоточено больше воздуха, тогда как в верхних слоях ионосферы наблюдается высокая концентрация азота. Воздух горит синим и белым пламенем, азот – красным. По этой причине джеты, которые находятся ниже спрайтов, имеют преимущественно синий цвет, а сами спрайты и, более высокие, эльфы – красноватый оттенок.

20 лет назад, в ночь с 5 по 6 июля 1989 года, в истории изучения планеты Земля произошло важное событие. Джон Рандольф Уинклер, отставной профессор, 73-летний ветеран NASA, направил на грозовые облака высокочувствительную видеокамеру, а потом, просматривая запись кадр за кадром, обнаружил две яркие вспышки, которые в отличие от молний шли не вниз, к земле, а вверх, к ионосфере. Так были открыты спрайты — самые крупные из высотных разрядов в атмосфере Земли. Они наглядно подтвердили существование на нашей планете глобальной электрической цепи и дали новые возможности для ее исследования.

Разряды, зарегистрированные Джоном Уинклером, стартовали с высоты 14 километров, а их размеры составляли более 20 километров. Механизм, приводящий к их появлению, был неясен, и требовалась большая научная смелость, чтобы объявить об электрическом разряде, поднимающемся от границ тропосферы на такую высоту.

Чтобы получить более убедительные доказательства, воодушевленный Уинклер дождался, когда Миннесоту накрыл ураган «Хьюго» и в ночь с 22 на 23 сентября снова записал на видеокамеру много подобных высотных разрядов над грозовыми облаками. Интересно, что формально он вел это исследование как любитель, поскольку оно не входило ни в какие программы научных работ. Но Уинклер, конечно, не был любителем и действовал решительно, как человек, четко осознающий свою миссию. От прошлой работы в NASA у него осталась неисправная высокоскоростная видеокамера. Он уговорил декана физического факультета Университета Миннесоты выделить на ее ремонт 7000 долларов и установил у себя дома оборудование для анализа записей.

Уникальные кадры гигантских разрядов испугали Уинклера не меньше, чем обрадовали. А что если такой разряд ударит в летательный аппарат? И ученый обратился к коллегам из NASA с предупреждением. Те засомневались. Что за разряды? Но из уважения к прошлому Уинклера взялись просмотреть записи, сделанные во время полетов космических челноков. И они не поверили своим глазам: на пленках обнаружилось больше десятка подобных разрядов. Уинклер попал в точку. Будучи профессионалом, он довел дело до логического конца — публикаций в ведущих научных журналах Geophysical Research Letters (1989) и Science (1990).

Статьи буквально вызвали шок у специалистов по астрономии, атмосферному электричеству, радиофизике, атмосферной акустике, физике газового разряда и аэрокосмической безопасности. После этих публикаций в NASA уже не могли отмахнуться от возможной угрозы космическим кораблям и начали развернутое исследование высотных разрядов. За три года подготовки к этой работе с Уинклером не раз советовались, но в саму программу так и не включили.

В первую же ночь наблюдений, 7 июля 1993 года, на научной станции вблизи Форт-Коллинса (штат Колорадо) удивленные исследователи зафиксировали больше 240 высотных разрядов. На следующую ночь, чтобы исключить ошибку в определении высоты, была задействована специализированная летающая лаборатория на борту самолета DC-8. Результаты превзошли все ожидания: огромные вспышки были обнаружены на высотах не менее 50—60 километров. В честь непоседливого Пака из шекспировского «Сна в летнюю ночь» им дали название спрайтов, то есть духов воздуха. Естественно, встал вопрос: почему об этих разрядах ничего не знали раньше, если каждый мощный грозовой фронт порождает их десятками?

Анализ литературы показал, что на протяжении сотни лет многие люди видели над облаками не обычные и очень большие разряды. Их называли ракетными молниями, облачно-стратосферными разрядами, восходящими молниями и даже молниями «облако — космос». Но в отсутствие надежных доказательств странные сообщения очевидцев просто игнорировались. Отмахнулись даже от такого известного и заслуженного специалиста в области атмосферного электричества, как нобелевский лауреат Чарлз Томсон Вильсон, который еще в 1956 году писал в своей статье о подобном явлении. Понадобились чутье, опыт, упорство и бесстрашие профессора Джона Уинклера, чтобы «этого не может быть» очень быстро превратилось в «да кто же этого не знает». Теперь на многочисленных роликах в Интернете можно в деталях рассмотреть эти разряды.

Джон Уинклер умер в 2001 году. Больше работ по высотным разрядам он не делал, хотя с трудом верится, что не хотел — после такого-то успеха. На его публикацию в Science исправно ссылались, но в проекты, видимо, не включали. В некрологе, написанном коллегами, сквозит обида за него. А зря. Каждый день Джону Рандольфу Уинклеру салютуют красно-фиолетовые спрайты, ведь он научил людей их видеть.

Вскоре исследователи обнаружили целое световое шоу, разворачивающееся в верхних слоях атмосферы над свинцовыми грозовыми фронтами. Главные актеры в нем (в порядке снизу вверх): голубые джеты, которых иногда называют гномами (раз уж они внизу), посередине красно-фиолетовые спрайты и гало, а над ними красноватые кольца — парящие в вышине эльфы. Но, конечно, не надо забывать режиссера, стоящего за грандиозным спектаклем, — это всем известные грозовые облака и молнии. Вообще-то еще недавно труппа была многочисленнее, но исследователи постепенно избавились от духов, медуз (некоторые виды спрайтов) и прочей звучной «живности».

Надо заметить, что упражнения в красивых названиях не просто забавы в стиле «физики шутят», как может показаться на первый взгляд. Как и в шоу-бизнесе, в науке продвижение идей и направлений играет важную роль, ведь и здесь, и там идет борьба за ресурсы. Область науки, которая на слуху у публики, обычно финансируется более щедро. Вспомните хотя бы нанотехнологии, о которых все говорят, но никто толком не может объяснить, что это такое и почему туда нужно направить столько средств. Но вернемся к нашему спектаклю и подробнее представим всех почтеннейшей публике.

Эльфы — самые эфемерные и короткоживущие в семействе высотных разрядов. Эти светящиеся красно-фиолетовые кольца возникают в нижней ионосфере на высотах 80—100 километров. Меньше чем за миллисекунду свечение, возникнув в центре, расширяется до 300—400 километров и угасает. Изучены эльфы не очень подробно, вероятно, потому, что не вызывают особых споров и не сулят серьезного продвижения в понимании природы атмосферных разрядов. Они рождаются через три десятитысячных секунды (300 микросекунд) после сильной молнии, ударившей из грозового облака в землю. Ее ствол становится «передающей антенной», от которой со скоростью света стартует мощная сферическая электромагнитная волна очень низкой частоты. За 300 микросекунд она как раз добирается до высоты 100 километров, где возбуждает красно-фиолетовое свечение молекул азота. Чем дальше уходит волна, тем шире становится кольцо, пока не угасает с удалением от источника.

Голубые джеты, или гномы, — самые загадочные, редкие и трудные для наблюдения существа в ансамбле новых высотных разрядов. Выглядит гном, как голубой узкий перевернутый конус, стартующий с верхнего края грозового облака и достигающий иногда 40-километровой высоты. Скорость распространения голубых джетов — от 10 до 100 км/с. Но самое странное, что их появление не всегда связано с видимыми разрядами молний. На высотах, откуда стартуют джеты, давление еще относительно высокое, и неудивительно, что они голубые. Так светят молния, коронный разряд на проводах, искровой разряд и даже пламя высокой температуры. Это тоже свечение молекул азота, но не в красно-фиолетовой полосе, как в случае эльфов, а в ультрафиолетово-голубой.

Кроме обычных джетов с верхней кромки облака иногда срываются вверх так называемые голубые стартеры. Они не поднимаются выше 30 километров. Одни ученые полагают, что это просто разряд молнии, направленный вверх, в область, где давление быстро падает, и потому стартеры расширяются гораздо сильнее обычных молний. Другие считают их недоразвитыми джетами.

Теория джетов делает лишь первые шаги. Пока неясно даже, на что похоже это явление. Если по своей природе они близки к светящемуся каналу молнии в стадии развития, то становится понятно, почему рождение джета не связано с молниями: он сам — молния. Но, возможно, более близкой аналогией является разряд внутри грозового облака, который питает энергией канал молнии. В этом случае понять природу джетов будет еще труднее, поскольку теория таких разрядов находится в начальной стадии развития.

Красным спрайтам посвящено наибольшее число наблюдений и публикаций. Это настоящие поп-звезды среди высотных атмосферных разрядов. Иногда кажется, что интерес к ним столь же перегрет, как и к популярным певцам. Чем же они заслужили такое внимание? Дело, вероятно, в том, что их несложно наблюдать (если, конечно, знать о том, что это возможно). Каждые сутки на земном шаре рождаются десятки тысяч спрайтов, и просто удивительно, что их так долго не замечали.

Спрайты — очень яркие объемные вспышки, возникающие на высоте 70—90 километров и спускающиеся вниз на 30—40 километров, а иногда и больше. В верхней части их ширина достигает порой десятков километров. Это самые объемные из высотных разрядов. Как и эльфы, спрайты состоят в прямом родстве с молниями, но не со всеми. Большинство молний бьет из той части облака, которая заряжена отрицательно (она в среднем расположена ближе к земле). Но 10% молний, достигающих земли, стартуют из области положительного заряда, а так как основная область расположения положительного заряда больше, чем отрицательного, то положительные молнии мощнее. Считается, что именно такие мощные разряды порождают спрайты, вспыхивающие в мезосфере примерно через сотую долю секунды после разряда класса «облако — земля».

Красно-фиолетовый цвет спрайтов, как и у эльфов, связан с атмосферным азотом. Верхняя часть спрайта светится однородно, а вот ниже 70 километров разряд как будто сплетается из каналов толщиной в сотни метров. Их структура — самая интересная для изучения особенности спрайтов. Каналы называют стримерами по аналогии с хорошо известными разрядами-иголочками у острых краев предметов в грозовую погоду и у высоковольтных проводов. Правда, толщина земных стримеров порядка миллиметра, а в спрайтах они в 100 000 раз больше. Пока неясно, почему диаметр стримеров так сильно увеличивается — гораздо быстрее, чем падает с высотой давление воздуха.

Гало — это однородное красновато-фиолетовое свечение на высоте около 80 километров. Причина разряда, видимо, та же, что и у верхней части спрайтов, но в отличие от них гало всегда возникает прямо над вспышкой молнии. Спрайты же позволяют себе вольность находиться где-нибудь сбоку. Существует, видимо, некая связь между спрайтами и гало, но ее механизм пока неясен. Они появляются то вместе, то порознь. Возможно, гало и есть верхняя часть спрайтов, когда напряженности электрического поля не хватило, чтобы разряд распространился в более плотный нижний воздух.

Согласно американскому Справочнику наблюдения за спрайтами и гигантскими джетами, для того, чтобы увидеть спрайты, наблюдатель должен находиться на расстоянии примерно 100 километров от эпицентра грозы. Для того чтобы наблюдать джеты, ему следует навести оптику на 30-35 градусов по направлению к грозовой области. Тогда он сможет наблюдать часть ионосферы на высоте до 50 километров, именно в этой области чаще всего появляются джеты. Чтобы наблюдать спрайты, следует навести бинокль на угол 45-50 градусов, что будет соответствовать области неба на высоте около 80 км - месту, где рождаются спрайты.

Для лучшего и более детального изучения спрайтов, джетов, а тем более эльфов, наблюдателю лучше воспользоваться специальной киноаппаратурой, которая позволит детально зафиксировать небесные вспышки. Наиболее удачное время для охоты за спрайтами в России - период с середины июля по середину августа.Интересные факты

Спрайты, как и молнии, встречаются не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы. Предположительно именно спрайты были зафиксированы космическими исследовательскими аппаратами во время сильных штормов на Венере, Сатурне и Юпитере.

Спрайты и эльфы возникают на такой большой высоте из-за сильной ионизации воздуха галактической пылью. На высоте свыше 80 километров проводимость тока в десять миллиардов раз выше, чем в приземных слоях атмосферы.

Название «спрайты» происходит от наименования лесных духов, о которых идет речь в комедии Уильяма Шекспира «Сон в летнюю ночь».

Спрайты были известны человечеству задолго до 1989 года. Люди высказывали разные гипотезы на счет природы этого явления, в том числе и то, что вспышки света являются инопланетными космическими кораблями. И только после того, как Джону Уинклеру удалось снять кадры спрайтов в ионосфере, ученые доказали, что они имеют электрическое происхождение.

Цвет спрайтов, джетов и эльфов разнится от высоты, на которой они появляются. Дело в том, что в околоземной атмосфере сосредоточено больше воздуха, тогда как в верхних слоях ионосферы наблюдается высокая концентрация азота. Воздух горит синим и белым пламенем, азот - красным. По этой причине джеты, которые находятся ниже спрайтов, имеют преимущественно синий цвет, а сами спрайты и, более высокие, эльфы - красноватый оттенок.

Интересна статья?

Мы рассказали в общих чертах о молниях и их природе. Молнии - это достаточно загадочное природное явление, и их свойства до сих пор полностью не изучены. Но в грозовую погоду, оказывается, можно наблюдать еще более таинственные явления - спрайты - которые и станут предметом обсуждения данной статьи.

Начиная с начала XVIII века в литературе начали встречаться упоминания о странных свечениях над грозовыми облаками. Так, в 1730 году немецкий историк, юрист Иоганн Георг Эстор отправился на вершину одной из самых высоких гор Фогельсберга, которая имела название «Седло». Вершина горы скрывалась за грозовыми облаками. Поднявшись на вершину, перед ним открылся вид на синее небо сверху и на грозовое облако внизу, которое выглядело, как белое море. В своей книге он описал увиденные им вспышки на поверхности облака, которые уходили высоко в небо, а внизу били в землю.

В XX веке человек сумел взлететь выше облаков и долетел не только до высших слоев атмосферы, но и начал осваивать космос. В результате научного прогресса увеличилось количество сообщений о странных свечений над облаками, которые, по словам очевидцев, были похожи на танцующие красные шары со щупальцами или голубые струи, направленные вверх. Подобные свидетельства обычно списывали на интенсивные галлюцинации.

В 1925 г. английским физиком и метеорологом Уилсоном на основе теоретических данных было выдвинуто предположение, что молнии берут свое начало в верхних слоях атмосферы. В 1956 он был свидетелем того, что в будущем назовут спрайтом, и попытался описать данное явление с физической точки зрения.

Визуально отличие подобных вспышек от обычных линейных молний заключается в том, что они возникают над грозовыми облаками, имеют характерное красное (реже синее) свечение и имеют гораздо более внушительные размеры. К вышесказанному следует добавить также их причудливые формы, напоминающие газовые шлейфы космических кораблей.

Феи и эльфы, как разновидность молнии

В наше время насчитывают 5 разновидностей атмосферных вспышек: красные спрайты, голубые спрайты, голубые джеты, гигантские джеты, эльфы. Название «спрайт» впервые было предложено в 1994 доктором Дэвисом Сентманом, так как описанные атмосферные явления своей эфемерностью и неуловимостью напоминали мифических духов воздуха - фей (sprite). Что касается эльфов, с одной стороны принцип в выборе названия тот же, однако не все так просто. Западные ученые любят изощряться в звучных аббревиатурах. Название ELVEs является бэкронимом, то есть аббревиатурой, составленной на основе уже существующего красивого слова Elves (эльфы), и расшифровывается как E missions of L ight and V ery Low Frequency Perturbations due to E lectromagnetic Pulse S ource , что переводится, как световые излучения и сверхнизкочастотные возмущения импульсных электромагнитных источников . В том же году был получен первый цветной снимок этого явления. Что касается джетов, то здесь все банально просто. Jet в переводе с английского означает струя. Цвет подобных явлений зависит от высоты их возникновения. Ведь в составе воздуха в более высоких слоях атмосферы преобладает азот, и при возникновении электрического разряда именно азот излучает красный свет.

Спрайты возникают спустя несколько десятых долей секунды после разряда молнии на высоте 30-130 км (высота залегания полярного сияния около 100 км, а линейных молний - менее 16 км) и длятся не более 100 мс. Имеют длину до 60 км, диаметр до 100 км. Именно вследствие малого времени существования спрайтов их смогли запечатлеть на пленку лишь в 1989 году. Во время тестирования высокоскоростной TV камеры, предназначенной для зондирующих ракет, совершенно случайно и были замечены красные спрайты. Тогда этому не придали особого значения, а описание явления было представлено только спустя год.

Гигантские джеты могут «прошивать» всю ионосферу от грозовых облаков, достигая в высоту 90 км, и внешне напоминают что-то среднее между спрайтами и джетами.

Эльфы представляют собой крупнейшие из подобных вспышек, однако у них самое слабое свечение. Они имеют плоскую расширяющуюся форму с диаметром около 400 км, образуются на высоте около 100 км. Время их существования обычно не более 3 мс, но в редких случаях доходит до 5 мс.

Синие джеты (струи) возникают на высоте 40-70 км и представляют собой конусообразные струи направленные вверх. Время жизни джетов больше, чем у эльфов. Однако это явление достаточно редкое, и, в целом, его труднее заметить.

Если быть предельно внимательным, то можно самому стать свидетелем этих гигантских плазменных «медуз». Для этого достаточно наблюдать со стороны за грозовой тучей при условиях, когда над ней чистое небо, не засвеченное антропогенными источниками.

Спрайты возникают в тех случаях, когда удар молнии разряжает положительно заряженное облако, тогда как стандартная молния разряжает отрицательно заряженное облако. В результате такого разряда отрицательный заряд уходит в верхние слои атмосферы, где происходит рекомбинация (объединение с ионами кислорода или азота), сопровождаемая характерным свечением. Подобные случаи приходятся примерно раз на каждые десять обыкновенных «отрицательных» молний. В целом, спрайты ближе к флуоресцентным лампам, чем к электрическим разрядам вроде молний.

Некоторые люди боятся гроз. Другие восхищаются ими, считая удивительным проявлением силы природы. Всем мы хорошо помним молнии, которыми сопровождается большинство гроз. Однако существует множество разных типов этого явления. Возможно, некоторые из них вы видели, хоть и не знали про них; или не видели, но чувствовали.

Тип молнии, который ассоциируется у большинства людей с грозой, называется облачно-земной. Это отрицательный заряд, ударяющий в землю и притягивающий к себе заряженные объекты. (Тепловая молния – это та же облачно-земная, но возникающая достаточно далеко, в результате чего гром от нее не слышен). Существуют также межоблачные молнии, никогда не достигающие земли, и внутриоблачные, не покидающие своей «родной» тучи.

Иногда молния несет в себе и положительный заряд, особенно когда бьет из вершины грозовой тучи. В таком случае она не спускается на землю, а движется вдоль горизонта. Она получила довольно изящное название «молния из синевы».

Наверное, кто-нибудь из вас видел красноватую вспышку высоко-высоко в небе. Это еще один тип молнии – красный спрайт. Его цвет часто соответствует названию, но совсем не обязательно. Обычно такая вспышка длится несколько секунд – намного больше, чем большинство других типов молний. По сути, хорошо различить можно только самые яркие из спрайтов. Часто их описывают как нечто, похожее на гигантских медуз на самой вершине бури.

Синие струи – еще один тип молнии, который вы, возможно, видели, но не знали об этом. Особенно если вам приходится много летать на самолетах. Эти разряды также выстреливают вверх из грозовых туч и длятся лишь долю секунды. Но за это время они могут преодолеть более 40 километров.

Если вы часто летаете, вы, вероятно, сталкивались и с темной молнией. Это явление было изучено довольно недавно. Увидеть такую молнию невозможно, поскольку она длится всего около 10-100 микросекунд. Лишь изредка можно заметить отчетливую фиолетовую вспышку. Однако она испускает радиацию – примерно столько же, как на компьютерной томографии в больнице. Это не так уж и много, но темные молнии очень распространены, причем именно на тех высотах, где летают самолеты. А это делает их немалой потенциальной угрозой.

Еще выше можно встретить так называемых «эльфов». Это массивные электрические импульсы в форме дисков. Они были засняты камерами космических шаттлов только в 1992 году.

Чтобы быть таинственными, молниям не обязательно возникать в ионосфере. Ученые все еще пытаются понять, что такое шаровая молния и каков ее принцип действия. Только недавно ее смогли воссоздать в лабораторных условиях. Обычно такие молнии ассоциируются с грозами, но их связывают и с другими, более мистическими вещами.

Считается, что очень многие предполагаемые НЛО были на самом деле шаровыми молниями, ведь они могут летать по небу, появляться и исчезать за считанные секунды и окрашиваться в разные цвета. Возможно, это явление также принимали за блуждающиее огоньки, которые, как правило, появляются в болотистых районах и считаются злыми духами. Сейчас мы знаем, что шаровые молнии существуют, но не можем точно сказать, как они формируются и по какой причине. Это говорит о том, что некоторые виды молний остались такими же загадочными, как и много веков назад.