„Sprite”, „elfy”, „niebieskie strumienie” - takie dziwne, pół-mistyczne nazwy, które naukowcy nazwali najrzadszymi zjawiskami atmosferycznymi na naszej planecie. Tajemnicza poświata plazmy, żyjąca w tysięcznych części sekundy i rozciągająca się na setki kilometrów. Widzenie tych atmosferycznych duchów jest prawie niemożliwe: są one tak rzadkie i porywcze. Ich świat jest tak wysoko nad ziemią, że graniczy z bliską przestrzenią, a przyroda nie jest w pełni poznana. Ale są całkiem prawdziwe i naprawdę piękne.
Tak dziwne, tak znajome
Od wieków ludzie dostrzegali wysoko na niebie tajemnicze światła - piękne, niemal boskie, czasem przerażające i przerażające. W dawnych czasach utożsamiano je z intrygami złych duchów lub z boskim budowaniem śmiertelnych
mały człowiek, dlatego czcigodni naukowcy nie chcieli tracić czasu na przesądne bzdury i po prostu je ignorowali. Dopiero w drugiej połowie XX wieku naprawdę zainteresowali się nimi naukowcy.
Piloci i kosmonauci czasami obserwowali pewne substancje, podobne do promieni, bijące w przestrzeń, kule, fontanny i rozpraszające pierścienie światła, ale rzadkość i przemijalność takich zjawisk stała się przeszkodą nie do pokonania w badaniu ich natury. Często mylono je z UFO. Po raz pierwszy jedno ze zjawisk (przypuszczalnie były to duszki) odnotowano dopiero w 1989 roku, a potem przypadkowo. 6 lipca fizycy z University of Minnesota (USA) przetestowali nowy sprzęt - bardzo czuły aparat do badania gwiaździstego nieba. Przez czysty przypadek w obiektyw uderzyły dziwne, lejkowate rozbłyski generowane przez odległą burzę. Trwały tylko milisekundy, ale skala zjawisk nieznanych nauce szokowała wyobraźnię - każdy błysk rozciągał się co najmniej 30 km. Te chwile były początkiem polowania na duchy na wielką skalę.
Pierwsze wyraźne obrazy pożarów atmosferycznych uzyskano dopiero półtorej dekady później - w 2005 roku - za pomocą specjalnego aparatu o szybkości fotografowania 5000 klatek na sekundę. Wraz z nagromadzeniem faktycznego materiału stało się jasne, że blask nie jest tego samego typu, można je sklasyfikować. Naukowcy odkryli więc kule w kształcie meduz "skrzaty", przypominające niebieskawe promienie "niebieskie dżety (dżety)", czerwone fontanny "tygrysy" i efemeryczne pierścienie "elfów".
Warunkiem wystąpienia pożarów atmosferycznych są silne burze. Większość z nich obserwuje się w mezosferze na wysokości 50-130 km, podczas gdy zwykłe błyskawice prawie nigdy nie „wychodzą” powyżej 16 km. Nie wspominając o tym, że blask plazmy na dużej wysokości jest naprawdę ogromny. Żyjąc przez ułamek sekundy, mogą dorastać do setek kilometrów - dziesiątki razy dłużej niż liniowe błyskawice. Są niesamowite, choćby dlatego, że nie można ich zaliczyć do błyskawic ani zórz polarnych. Są to zjawiska o zupełnie innym charakterze.
Film promocyjny:
Przejdźmy do terminologii. Co to jest błyskawica? Jest to wyładowanie iskrowe o wysokiej energii, gorące i niszczące. Zorza polarna to niskoenergetyczna poświata górnych warstw atmosfery, która występuje, gdy magnetosfera Ziemi oddziałuje z cząstkami wiatru słonecznego, strumieniem naładowanych cząstek emitowanych przez Słońce.
Zwykłe pioruny mogą łatwo zabić człowieka, ale zorza polarna może zaszkodzić tylko towarzyszącemu promieniowaniu kosmicznemu, przed którym mieszkańcy Ziemi są bezpiecznie chronieni przez pole magnetyczne otaczające naszą planetę jak tarcza. Rozważane zjawiska są zasadniczo różne. Z grubsza rzecz biorąc, światła atmosferyczne są określane jako błyskawice na dużych wysokościach, chociaż w rzeczywistości tak nie jest. Różnica między nimi jest taka sama, jak między dekoracyjną lampą plazmową a łukiem spawarki. Podobnie jak zorze polarne, są wyładowaniami zimnej plazmy. Ale w przeciwieństwie do Aurora Borealis (zorza polarna), można je zaobserwować w dowolnym miejscu na świecie i nie powstają pod wpływem promieni z zewnątrz - są generowane przez samą planetę.
„Powszechnie przyjmuje się, że pogoda, którą widzimy każdego dnia, i procesy zachodzące w górnych warstwach atmosfery istnieją samodzielnie” - mówi pracownik NASA Karen Fox. „Istnienie wyładowań atmosferycznych na dużych wysokościach dowodzi, że obie sfery w pobliżu Ziemi są ze sobą połączone i dopiero okaże się, jak następuje wymiana energii między nimi”.
Sprites
W przeszłości skrzaty stały się pierwszymi ptakami przyszłej galaktyki atmosferycznej plazmy. Sprity (od angielskiego sprite'a - "wróżka") to kolosalne, kuliste strumienie zjonizowanej plazmy, które powstają nad frontami burz i skierowane są pionowo w górę. Na zewnątrz wyglądają jak błyski czerwono-pomarańczowego lub niebieskiego blasku, dzielące się na „ciało”, liczne dolne „gałęzie” i krótkie „świeczki” skierowane ku górze. Z tego powodu są czasami porównywane do meduz, które rozpraszały swoje wdzięczne macki po niebie. Czerwone skrzaty, pozbawione zgrubienia w kształcie kuli, nazywane są czasem „tygrysami”, ale nie jest to do końca prawdą. Tygrysy zwykle pojawiają się na niższych wysokościach, różnią się jasnością i mają inną budowę zewnętrzną.
Duszki zwykle pojawiają się w grupach, tworząc skupiska pierścieni i wykonują „tańczące” ruchy w górę iw dół, dlatego nadano im imiona wróżek - zabawnych, świetlistych stworzeń, które według starych legend uwielbiały gromadzić się na polanach i tańczyć, aranżując trudne okrągły taniec.
Z ziemi skrzaty zwykle pojawiają się na niebie jako małe kolorowe światełka, ale w rzeczywistości są ogromne. Wysokość i zasięg, w jakim można obserwować światła, zniekształca rzeczywistą skalę ich wielkości. Nawet najskromniejszy sprite ma 60 km długości i 100 km średnicy.
Do niedawna badanie meduz plazmowych było możliwe tylko przy pomocy kamer umieszczonych na szczytach gór, ale uzyskane dane były skąpe i niewiarygodne. Dziś na ISS znajduje się niezbędny sprzęt, który pozwala bez ingerencji obserwować ogromne rozbłyski uciekające z chmur. Przy pomocy ASIM (Atmospheric Space Interaction Monitor) Europejska Agencja Kosmiczna ma nadzieję znaleźć wzorce w częstotliwości występowania duszków i wreszcie zrozumieć ich naturę.
Elfy
Często elfy stają się towarzyszami skrzatów na niebie. Nie dajcie się zwieść tej nazwie, została wymyślona wiele lat po tym, jak świat przestał wierzyć w cuda. „Elf” to darmowa transkrypcja ELVES, emisji światła i zakłóceń o bardzo niskiej częstotliwości z powodu źródeł impulsów elektromagnetycznych, co dosłownie oznacza „emisję światła i zakłóceń o bardzo niskiej częstotliwości w wyniku impulsu ze źródła elektromagnetycznego”. To są współczesne bajki.
Elfy jonosferyczne emitują czerwonawe pierścienie, które rozprzestrzeniają się jak krawędź fali uderzeniowej. Pojawiają się wokół skrzatów i szczególnie silnych burz na wysokościach przekraczających 100 km. Ich życie jest ulotne - tylko kilka milisekund.
Naukowcy uważają, że mechanizm ich poświaty jest związany z promieniowaniem wzbudzonych cząsteczek azotu, które odbierają energię z elektronów przyspieszonych w wyniku wyładowań podczas burzy. Co łączy je z duszkami i czy istnieje jakiś wzór ich współistnienia, wciąż nie jest jasne.
Niebieskie dysze
Innym zjawiskiem są niebieskie dżety. Powstają również, gdy elektrony są wyciągane z chmur burzowych, ale w przeciwieństwie do duszków, które wymagają wolnego, powolnego prądu, strumienie potrzebują silniejszego impulsu kierunkowego. Spośród wszystkich efektów plazmy, niebieskie dżety tworzą najniższe, bezpośrednio nad chmurami burzowymi. Urodzone w aktywnych ośrodkach sztormowych dżety wznoszą się na wysokość 40-50 km z prędkością około 100 km / s, gdzie zaczynają się stopniowo rozpraszać i zanikać. „Żyją” dłużej niż skrzaty, ale są też rzadziej obserwowane, co znacznie komplikuje ich badanie. Nie wiadomo na pewno, czy są one formą wyładowań atmosferycznych na dużych wysokościach, czy plazmowych zjawisk mezosferycznych. Naukowcy skłaniają się ku temu drugiemu, ale dowody na to wciąż pozostają.
Rękawy
Wiedza na temat pożarów atmosferycznych jest nadal niezwykle ograniczona. Kolejnym dowodem na to jest niedawne odkrycie nowego rodzaju promieniowania. W 2017 roku Chris Ratzlaff, członek amatorskiej grupy badawczej Alberta Aurora Chasers, zaobserwował na nocnym niebie nietypowe smugi światła. Chris i jego współpracownicy wierzyli, że efekt ten jest spowodowany przez dodatnio naładowaną zorzę i nazwali to „łukami protonowymi”. Kiedy zdjęcia amatorów wpadły w ręce profesora fizyki z University of Calgary (Kanada) Erica Donovana, okazało się, że za pozornie niczym nie wyróżniającym się uderzeniem na tle gwiazd kryło się nieznane nauce zjawisko. Korzystając z danych z satelity Swarm, Donovan odkrył, że poświatę powodowała 25-kilometrowa wstęga gazu podgrzanego do 3000 ° C, znajdująca się na wysokości 300 km i poruszająca się z prędkością 6 km / s. W przeciwieństwie do swoich szybko zmieniających się odpowiedników może trwać dłużej niż godzinę i ma charakter sezonowy, występując głównie od marca do września. Odkrycie nazwano „Steve” od skrótu Strong Thermal Emission Velocity Velocity Enhancement (z angielskiego: „Wysokotemperaturowe przyspieszające promieniowanie”). Dokładniej odwrotnie. Suchy skrót naukowy został później sztucznie dostosowany do pierwotnej nazwy nadanej zjawisku przez odkrywcę. Ratzlaff ochrzcił blask Steve'a jako żart, cytując film animowany „The Woodsmen”, w którym bohaterowie napotykają coś nieznanego i decydują się nazwać to „Steve”. Dokładniej odwrotnie. Suchy skrót naukowy został później sztucznie dostosowany do pierwotnej nazwy nadanej zjawisku przez odkrywcę. Ratzlaff ochrzcił blask Steve'a jako żart, cytując film animowany „The Woodsmen”, w którym bohaterowie napotykają coś nieznanego i decydują się nazwać to „Steve”. Dokładniej odwrotnie. Suchy skrót naukowy został później sztucznie dostosowany do pierwotnej nazwy nadanej zjawisku przez odkrywcę. Ratzlaff ochrzcił blask Steve'a jako żart, cytując film animowany „The Woodsmen”, w którym bohaterowie napotykają coś nieznanego i decydują się nazwać to „Steve”.
Samo istnienie tych pozornie prostych, przelotnych duchów może zmienić wiedzę nauki o atmosferze i zjawiskach elektromagnetycznych naszej planety. Ziemia to nie tylko namagnesowany kawałek skały pokrytej warstwą mieszaniny gazów. To praktycznie żywy organizm, świat złożonych, fundamentalnych interakcji trwających ułamek chwili, ale trwających miliardy lat. Nawet przy obecnym poziomie rozwoju technologii naukowcy niewiele nauczyli się o atmosferycznym blasku plazmy. Prawie nic. W tej chwili nad naszymi głowami zachodzą niesamowite zjawiska, które udowadniają, że jeśli coś wydaje się „zbyt proste”, to nadal nic z tego nie rozumiemy.
Magazyn: Secrets of the Universe №2 (147). Autor: Kirill Rogachev