For 20 år siden, natt til 5-6 juli 1989, skjedde en viktig hendelse i historien om leting etter planeten Jorden. John Randolph Winkler, en pensjonert professor og en 73 år gammel NASA-veteran, pekte et videokamera med høy følsomhet mot stormskyene, og så, når han så på innspillingen ramme for ramme, oppdaget to lyse blinker, som i motsetning til lynet ikke gikk ned til bakken, men opp til ionosfæren. Så sprites ble oppdaget - den største av høydetømmer i jordens atmosfære. De bekreftet tydelig eksistensen av en global elektrisk krets på planeten vår og ga nye muligheter for studiet.
La oss finne ut mer om dette …
Utslippene som ble registrert av John Winkler startet fra en høyde på 14 kilometer, og deres dimensjoner var mer enn 20 kilometer. Mekanismen som førte til utseendet var uklart, og det tok mye vitenskapelig mot å kunngjøre et elektrisk utladning som steg opp fra troposfærens grenser til en slik høyde.
For å få mer overbevisende bevis, ventet en entusiastisk Winkler til orkanen Hugo traff Minnesota og om natten 23. til 23. september igjen registrerte mange like høye høyder over tordenskyene. Interessant nok gjennomførte han denne forskningen formelt som amatør, siden den ikke var inkludert i noen vitenskapelige programmer. Men Winkler var selvfølgelig ikke amatør og handlet avgjørende, som en mann som tydelig var klar over sitt oppdrag. Fra sitt tidligere arbeid på NASA har han et defekt videokamera med høy hastighet. Han overtalte dekanen til fysikkavdelingen ved University of Minnesota til å bevilge 7 000 dollar for å reparere den og installerte utstyr for å analysere postene i hjemmet hans.
De unike opptakene av gigantutladningene skremte Winkler så mye som det gjorde ham lykkelig. Hva om en slik utslipp rammer flyet? Og forskeren henvendte seg til kollegene fra NASA med en advarsel. De begynte å tvile. Hva er utslippene? Men av anerkjennelse til Winklers fortid, tok de en titt på innspillingene av romferdsflyvningene. Og de kunne ikke tro deres øyne: mer enn et dusin av slike utslipp ble funnet på filmene. Winkler hadde det riktig. Som profesjonell brakte han saken til sin logiske konklusjon - publikasjoner i de ledende vitenskapelige tidsskriftene Geophysical Research Letters (1989) og Science (1990).
Salgsfremmende video:
Artiklene sjokkerte bokstavelig talt spesialister innen astronomi, atmosfærisk elektrisitet, radiofysikk, atmosfærisk akustikk, gassutladningsfysikk og romfartssikkerhet. Etter disse publikasjonene kunne NASA ikke lenger trekke fra den mulige trusselen mot romfartøyer og begynte en detaljert studie av utslipp i høyde. I løpet av de tre årene forberedelsene til dette arbeidet ble Winkler gjentatte ganger konsultert, men ble aldri inkludert i selve programmet.
Den aller første observasjonsnatten, 7. juli 1993, på en vitenskapelig stasjon nær Fort Collins (Colorado), overrasket forskere mer enn 240 utslipp i høyde. Neste natt ble et dedikert flygende laboratorium ombord DC-8-flyet utplassert for å utelukke en feil i bestemmelsen av høyden. Resultatene overgikk alle forventninger: store fakler ble oppdaget i høyder på minst 50-60 kilometer. Til ære for den rastløse Pak fra Shakespeares "A Midsummer Night's Dream" fikk de navnet sprites, det vil si luftsprit. Naturligvis oppsto spørsmålet: hvorfor visste de ikke om disse utslippene før, hvis hver kraftig tordenvær fronter flere titalls av dem?
Analyse av litteraturen har vist at mange hundre år har sett uvanlige og veldig store utslipp over skyene. De ble kalt rakett lyn, skyet stratosfæriske utslipp, stigende lyn og til og med sky-til-rom lyn. Men i mangel av pålitelige bevis, ble rare rapporter fra øyenvitne ganske enkelt ignorert. De pusset til og med til side en så kjent og æret spesialist innen atmosfærisk elektrisitet som nobelprisvinneren Charles Thomson Wilson, som skrev om et lignende fenomen i sin artikkel tilbake i 1956. Det tok tingen, opplevelsen, utholdenheten og fryktløsheten til professor John Winkler, slik at "dette ikke kan bli" veldig raskt omgjort til "men hvem vet ikke dette." Nå, på mange videoer på Internett, kan du undersøke disse kategoriene i detalj.
John Winkler døde i 2001. Han jobbet ikke mer med høydeklasser, selv om det er vanskelig å tro at han ikke ville - etter en slik suksess. Publikasjonen hans i Science ble jevnlig referert til, men tilsynelatende ikke inkludert i prosjektene. Nekrologen som er skrevet av kollegene, viser harme for ham. Men til ingen nytte. Røde og lilla sprites hilses til John Randolph Winkler hver dag fordi han lærte folk å se dem.
Snart oppdaget forskere et helt lysshow som utspilte seg i den øvre atmosfæren over de ledende tordenværene. Hoved skuespillerne i den (i rekkefølge fra bunn til topp): blå jetfly, som noen ganger kalles nisser (siden de er i bunnen), i midten er rød-lilla spriter og glorier, og over dem er rødlige ringer - alver som svever i høyden. Men selvfølgelig må vi ikke glemme regissøren bak den storslåtte forestillingen - dette er de velkjente stormskyene og lynet. Egentlig ikke lenge siden var troppen mer tallrik, men forskerne kvittet seg gradvis med sprit, maneter (noen typer spriter) og andre klangfulle "levende vesener".
Det skal bemerkes at øvelser med vakre navn ikke bare er morsomme i stilen som "fysikk spøker", slik det kan virke ved første øyekast. Som i showbransjen spiller promotering av ideer og trender i vitenskap en viktig rolle, fordi her og der er det en kamp om ressurser. Vitenskapens felt som blir hørt av publikum er vanligvis mer sjenerøst finansiert. Husk i det minste nanoteknologi, som alle snakker om, men ingen kan virkelig forklare hva det er og hvorfor så mye penger må rettes dit. Men la oss komme tilbake til forestillingen vår og introdusere alle mer detaljert for det mest respektable publikum.
Alver er de mest flyktige og kortvarige i høyhøydefamilien. Disse glødende rødfiolette ringer vises i den nedre ionosfæren i en høyde på 80-100 kilometer. På mindre enn et millisekund utvides gløden, som vises i sentrum, til 300-400 kilometer og blekner bort. Alvene har ikke blitt studert i detalj, sannsynligvis fordi de ikke forårsaker mye kontrovers og ikke lover alvorlig fremgang med å forstå arten av atmosfæriske utslipp. De er født tre ti tusendels sekund (300 mikrosekunder) etter at et sterkt lyn slo fra et tordenvær i bakken. Stammen blir en "overførende antenne", hvorfra en kraftig sfærisk elektromagnetisk bølge med veldig lav frekvens starter med lysets hastighet. På 300 mikrosekunder kommer den bare til en høyde på 100 kilometer, der den begeistrer den rødfiolette glansen av nitrogenmolekyler. Jo lenger bølgen gårjo bredere ringen blir, til den blekner bort fra kilden.
Blåstråler, eller nisser, er de mest mystiske, sjeldne og vanskelige å observere skapninger i ensemblet av nye høydedrag. Gnomen ser ut som en blå smal omvendt kjegle, som starter fra den øvre kanten av et tordenvær og noen ganger når 40 kilometer i høyden. Utbredelseshastigheten til blå jetfly er fra 10 til 100 km / s. Men det merkeligste er at utseendet deres ikke alltid assosieres med synlige lynnedslag. I høydene som jetflyene blir skutt fra, er trykket fortsatt relativt høyt, og det er ikke overraskende at de er blå. Slik lyser lyn, koronautladning på ledninger, tennutladning og til og med høye temperaturflammer. Dette er også gløden av nitrogenmolekyler, men ikke i den rødfiolette stripen, som for alver, men i ultrafiolettblå.
I tillegg til vanlige jetfly, bryter noen ganger såkalte blå forretter opp fra skyens øvre kant. De stiger ikke over 30 kilometer. Noen forskere mener at dette bare er en lynkule rettet oppover i et område hvor trykket faller raskt, og derfor utvider startere mye mer enn konvensjonelt lyn. Andre anser dem for å være underutviklede jetfly.
Men den mest interessante typen blå jetfly har blitt kalt gigantiske jetfly. Fra og med ikke så langt fra jordoverflaten, når de 90 kilometer i høyden. Geofysikernes interesse for gigantiske jetfly for å matche størrelsen, fordi disse utslippene gjør en "non-stop flight" fra troposfæren direkte til ionosfæren. De er imidlertid ekstremt sjeldne, og har blitt registrert pålitelig ikke mer enn et dusin ganger. Samtidig lever de i et brøkdel av et sekund, som i prinsippet lar dem bli lagt merke til med det blotte øye.
Jet teori tar bare sine første skritt. Det er ikke en gang klart hvordan dette fenomenet ser ut. Hvis de i sin natur er i nærheten av den lysende kanal i lynet i utviklingsstadiet, blir det klart hvorfor fødselen av en jet ikke er assosiert med lynet: den i seg selv er lyn. Men kanskje en nærmere analogi er utladningen inne i et tordensky, som gir strøm til lynkanalen. I dette tilfellet vil det være enda vanskeligere å forstå arten av jetflyene, siden teorien om slike utslipp er i et tidlig utviklingsstadium.
Det største antallet observasjoner og publikasjoner er viet til røde sprites. Dette er ekte popstjerner blant atmosfæriske utladninger i høy høyde. Noen ganger ser det ut til at interessen for dem er like overopphetet som hos populære sangere. Hvorfor fortjente de slik oppmerksomhet? Poenget er sannsynligvis at de er lette å observere (hvis du selvfølgelig vet at det er mulig). Titusenvis av sprites blir født på kloden hver dag, og det er utrolig at de ikke har blitt lagt merke til så lenge.
Sprites er veldig lyse volumetriske fakler som oppstår i en høyde av 70-90 kilometer og stiger 30-40 kilometer, og noen ganger mer. I den øvre delen når bredden noen ganger titalls kilometer. Dette er de mest omfangsrike av utslippene i stor høyde. Som alver, er sprites nært beslektet med lynet, men ikke alle. De fleste lynet streiker fra den negativt ladede delen av skyen (i gjennomsnitt er den nærmere bakken). Men 10% av lynet som treffer bakken starter fra området med en positiv ladning, og siden hovedområdet med plasseringen av en positiv ladning er større enn det for en negativ, er positive lynet kraftigere. Det antas at så kraftige utslipp genererer spriter som blinker i mesosfæren omtrent en hundreledel av et sekund etter en sky-til-jorden utslipp.
Den rød-lilla fargen på sprites, som alver, er assosiert med atmosfærisk nitrogen. Den øvre delen av spriten gløder jevnt, men under 70 kilometer ser utslippet ut til å være vevd fra hundre meter høye kanaler. Strukturen deres er det mest interessante trekk ved sprites å studere. Kanaler kalles streamere analogt med de velkjente nåleutladningene ved skarpe kanter på gjenstander i tordenvær og ved høyspenningstråder. Riktignok er tykkelsen på landstrømmer i størrelsesorden en millimeter, og i spriter er de 100 000 ganger større. Det er foreløpig ikke klart hvorfor diameteren på streamere øker så mye - mye raskere enn lufttrykket avtar med høyden.
Haloen er en jevn rød-lilla glød i en høyde av rundt 80 kilometer. Årsaken til utslippet er tilsynelatende den samme som for toppen av sprites, men i motsetning til dem, vises glorie alltid rett over lynblinken. Sprites tar seg friheten til å være et sted på siden. Det ser ut til å være en viss forbindelse mellom sprites og glorie, men mekanismen er fremdeles uklar. De vises noen ganger sammen, noen ganger hver for seg. Kanskje er glorie den øvre delen av spritene, når den elektriske feltstyrken ikke var tilstrekkelig til at utslippet spredte seg til den tettere nedre luften.
I følge det geografiske kart over tordenvær har innbyggere i jordens ekvatoriale og tropiske soner de største sjansene for å se spriter. Det er i dette området opp til 78% av alle tordenvær oppstår. Innbyggere i Russland kan også observere sprites. Toppen av tordenvær i landet vårt faller juli-august. Det var på dette tidspunktet astronom elskere kan se et så vakkert fenomen som sprites.
I følge den amerikanske Sprite and Giant Jet Observing Handbook, må observatøren være omtrent 100 kilometer fra episenteret for tordenværet for å se sprites. For å observere jetflyene, bør han rette optikken sin i 30-35 grader mot tordenværsområdet. Da vil han kunne observere en del av ionosfæren i en høyde på opptil 50 kilometer, det er i dette området jetfly dukker opp oftest. For å observere sprites, bør du rette kikkerten i en vinkel på 45-50 grader, som vil tilsvare himmelområdet i en høyde av omtrent 80 km - stedet der sprites er født.
For en bedre og mer detaljert studie av sprites, jetfly og enda mer alver, er det bedre for observatøren å bruke spesiell kinoutstyr, som gjør det mulig å registrere de himmelske fakler i detalj. Den beste tiden å jakte på sprites i Russland er fra midten av juli til midten av august.
Sprites, som lyn, finnes ikke bare på jorden, men også på andre planeter i solsystemet. Antagelig var det spritene som ble registrert av romforskningsbiler under alvorlige stormer på Venus, Saturn og Jupiter.
Sprites og alver dukker opp i så store høyder på grunn av den sterke ioniseringen av luften med galaktisk støv. I en høyde på over 80 kilometer er ledningsevnen av strøm ti milliarder ganger høyere enn i overflatelagene i atmosfæren.
Navnet "sprites" kommer fra navnet på skogspirene, som det er referert til i William Shakespeares komedie "A Midsummer Night's Dream."
Sprites var kjent for menneskeheten lenge før 1989. Folk har uttrykt forskjellige hypoteser om arten av dette fenomenet, inkludert det faktum at lysglimt er fremmede romskip. Det var først etter at John Winkler var i stand til å fange inn rammer av spriter i ionosfæren at forskere beviste at de er av elektrisk opprinnelse.
Fargen på sprites, jetfly og alver varierer avhengig av høyden de vises på. Faktum er at mer luft konsentreres i atmosfæren nær jord, mens en høy konsentrasjon av nitrogen observeres i de øvre lagene i ionosfæren. Luften brenner med blå og hvit flamme, nitrogenrød. Av denne grunn er jetflyene under sprittene overveiende blå, mens selve sprittene og, høyere, alver, er rødlige.
Og her er en video av et veldig sjeldent fenomen - stigende lyn:
