For 20 år siden, natten til 5-6 juli 1989, fandt der en vigtig begivenhed sted i efterforskningen af planeten Jorden. John Randolph Winkler, en pensioneret professor og en 73 år gammel NASA-veteran, rettede et videokamera med høj følsomhed mod stormskyerne, og så, når han så på optagelsen ramme for ramme, opdagede to lyse blitz, som i modsætning til lynnedslag ikke faldt ned på jorden, men op til ionosfæren. Så sprites blev opdaget - den største af højhøjdeudladninger i jordens atmosfære. De bekræftede klart eksistensen af et globalt elektrisk kredsløb på vores planet og gav nye muligheder for dets undersøgelse.
Lad os finde ud af mere om dette …
De udledninger, der er registreret af John Winkler, startede fra en højde på 14 kilometer, og deres dimensioner var mere end 20 kilometer. Mekanismen, der førte til deres udseende, var uklar, og det krævede meget videnskabeligt mod at meddele en elektrisk afladning, der stiger fra troposfærens grænser til en sådan højde.
For at få mere overbevisende beviser ventede en entusiastisk Winkler, indtil orkanen Hugo ramte Minnesota, og om natten den 23. til 23. september igen optog mange lignende højhøjdeudladninger over tordensky på video. Interessant nok udførte han denne forskning formelt som amatør, da den ikke var inkluderet i nogen videnskabelige programmer. Men Winkler var selvfølgelig ikke amatør og handlede beslutsomt, som en mand, der tydeligvis var klar over sin mission. Fra sit tidligere arbejde på NASA har han et defekt videokamera med høj hastighed. Han overtalede dekanen for fysikafdelingen ved University of Minnesota til at afsætte $ 7.000 til at reparere det og installerede udstyr til at analysere posterne i hans hjem.
De unikke optagelser af gigantiske udladninger skræmte Winkler så meget, som det gjorde ham glad. Hvad hvis en sådan afladning rammer flyet? Og forskeren henvendte sig til sine kolleger fra NASA med en advarsel. De begyndte at tvivle. Hvad er udledningerne? Men ud af respekt for Winklers fortid kiggede de på optagelserne af rumfærgen. Og de kunne ikke tro deres øjne: mere end et dusin af sådanne udledninger blev fundet på filmene. Winkler fik det rigtigt. Som professionel bragte han sagen til sin logiske konklusion - publikationer i de førende videnskabelige tidsskrifter Geophysical Research Letters (1989) og Science (1990).
Salgsfremmende video:
Artiklerne chokeret bogstaveligt talt specialister inden for astronomi, atmosfærisk elektricitet, radiofysik, atmosfærisk akustik, gasudladningsfysik og rumfartssikkerhed. Efter disse publikationer kunne NASA ikke længere trække fra den mulige trussel mod rumfartøjer og begyndte en detaljeret undersøgelse af udledning i højde. I de tre år med forberedelse til dette arbejde blev Winkler gentagne gange hørt, men blev aldrig inkluderet i selve programmet.
På den allerførste observationsnat den 7. juli 1993 på en videnskabelig station nær Fort Collins (Colorado) registrerede overraskede forskere mere end 240 udledninger i højde. Den næste nat blev et dedikeret flyvende laboratorium ombord DC-8-flyet indsat for at udelukke en fejl i bestemmelsen af højden. Resultaterne overskred alle forventninger: enorme fakler blev påvist i højder på mindst 50-60 kilometer. Til ære for den rastløse Pak fra Shakespeares "A Midsummer Night's Dream" fik de navnet sprites, det vil sige luft spiritus. Spørgsmålet opstod naturligvis: hvorfor vidste de ikke om disse udledninger før, hvis hver kraftig tordenvejrfron genererer snesevis af dem?
Analyse af litteraturen har vist, at i mange hundrede år har mange mennesker set usædvanlige og meget store udledninger over skyerne. De blev kaldt raket lyn, overskyet stratosfæriske udledninger, stigende lyn og endda sky til rum lyn. Men i mangel af pålidelige beviser blev mærkelige rapporter fra øjenvidne simpelthen ignoreret. De har endda børstet en sådan kendt og hædret specialist inden for atmosfærisk elektricitet som Nobelprisvinderen Charles Thomson Wilson, som skrev om et lignende fænomen i sin artikel tilbage i 1956. Det krævede professor John Winklers flair, erfaring, udholdenhed og frygtløshed, så "dette kan ikke meget hurtigt" forvandles til "men hvem ved det ikke." På flere forskellige videoer på Internettet kan du nu undersøge disse kategorier i detaljer.
John Winkler døde i 2001. Han udførte ikke mere arbejde med højdehøjde, selvom det er svært at tro, at han ikke ville - efter sådan og sådan succes. Hans publikation i Science blev regelmæssigt henvist til, men tilsyneladende ikke inkluderet i projekterne. Nekrologen skrevet af hans kolleger viser harme for ham. Men forgæves. Røde og lilla sprites hilses til John Randolph Winkler hver dag, fordi han lærte folk at se dem.
Snart opdagede forskere et helt lysshow, der udfoldede sig i den øverste atmosfære over de ledende tordenvejr. De vigtigste skuespillere i den (i rækkefølge fra bund til top): blå stråler, som undertiden kaldes nisser (da de er i bunden), i midten er rød-lilla spriter og glorier, og over dem er rødlige ringe - alver, der svæver i højden. Men selvfølgelig må vi ikke glemme instruktøren bag den storslåede forestilling - det er de velkendte stormskyer og lyn. Indtil for nylig var troppen mere talrig, men forskerne blev gradvist af med spiritus, vandmænd (nogle typer spriter) og andre klangfulde "levende væsener".
Det skal bemærkes, at øvelser med smukke navne ikke kun er sjove i stilen med "fysikjuks", som det kan synes ved første øjekast. Som i showbranchen spiller promotering af ideer og trends en vigtig rolle inden for videnskab, fordi her og der er der en kamp for ressourcer. Det videnskabelige felt, der høres af offentligheden, finansieres normalt mere generøst. Husk i det mindste nanoteknologi, som alle taler om, men ingen kan virkelig forklare, hvad det er, og hvorfor der skal rettes så mange penge der. Men lad os vende tilbage til vores performance og introducere alle mere detaljeret for det mest respektable publikum.
Alver er de mest flygtige og kortvarige i højhøjde-familien. Disse glødende rødviolette ringe vises i den nedre ionosfære i højder på 80-100 kilometer. På mindre end et millisekund udvides glødet, der vises i midten, til 300-400 kilometer og falmer væk. Elverne er ikke blevet undersøgt i detaljer, sandsynligvis fordi de ikke skaber meget kontrovers og ikke lover alvorlige fremskridt med at forstå arten af atmosfæriske udledninger. De fødes tre ti tusindedele af et sekund (300 mikrosekunder) efter et stærkt lyn strejker fra et tordenvejr ned i jorden. Dens bagagerum bliver en "transmitterende antenne", hvorfra en kraftig sfærisk elektromagnetisk bølge med meget lav frekvens starter ved lysets hastighed. På 300 mikrosekunder kommer det bare til en højde på 100 kilometer, hvor det ophidser den rødviolette glød af nitrogenmolekyler. Jo længere bølgen gårjo bredere ringen bliver, indtil den falmer væk fra kilden.
Blå stråler eller nisser er de mest mystiske, sjældne og vanskelige at observere væsner i ensemblet af nye højhøjdeudladninger. Gnomen ligner en blå smal inverteret kegle, der starter fra den øverste kant af et tordenvejr og undertiden når 40 kilometer i højden. Forplantningshastigheden af blå jetfly er fra 10 til 100 km / s. Men det underligste er, at deres udseende ikke altid er forbundet med synlige lynnedslag. I højderne, hvorfra jetflyene udsættes, er presset stadig relativt højt, og det er ikke overraskende, at de er blå. Sådan skinner lyn, koronaudladning på ledninger, gnistudladning og endda flammer med høj temperatur. Dette er også glødet af nitrogenmolekyler, men ikke i den rødviolette stribe, som for alverne, men i ultravioletblå.
Ud over almindelige jetfly bryder undertiden såkaldte blå startere op fra skyens øverste kant. De stiger ikke over 30 kilometer. Nogle forskere mener, at dette kun er et lyn, der er rettet opad i et område, hvor trykket falder hurtigt, og derfor udvider startere meget mere end konventionelt lyn. Andre betragter dem som underudviklede jetfly.
Men den mest interessante type blå jetfly er blevet kaldt gigantiske jetfly. Begyndende ikke meget langt fra jordoverfladen når de 90 kilometer i højden. Geofysikeres interesse i gigantiske jetfly for at matche deres størrelse, fordi disse udledninger gør en "non-stop flyvning" fra troposfæren direkte til ionosfæren. De er dog ekstremt sjældne og er blevet registreret pålideligt højst et dusin gange. Samtidig lever de i en brøkdel af et sekund, hvilket i princippet gør det muligt for dem at blive bemærket med det blotte øje.
Jet teori er kun ved at tage sine første skridt. Det er ikke engang klart, hvordan dette fænomen ser ud. Hvis de i deres natur er tæt på den lysende kanal i lynet i udviklingsstadiet, bliver det klart, hvorfor fødslen af en jet ikke er forbundet med lynet: den er i sig selv lyn. Men måske er en tættere analogi afladningen inde i et tordenvejr, der giver strøm til lynkanalen. I dette tilfælde vil det være endnu sværere at forstå arten af jetflyene, da teorien om sådanne udledninger er i et tidligt udviklingsstadium.
Det største antal observationer og publikationer er afsat til røde sprites. Dette er ægte popstjerner blandt atmosfæriske udladninger i høj højde. Undertiden ser det ud til, at interessen for dem er lige så overophedet som hos populære sangere. Hvorfor fortjente de sådan opmærksomhed? Pointen er sandsynligvis, at de er lette at observere (hvis du selvfølgelig ved, at det er muligt). Titusinder af sprites fødes på kloden hver dag, og det er forbløffende, at de ikke er blevet bemærket så længe.
Sprites er meget lyse volumetriske fakler, der forekommer i en højde af 70-90 kilometer og falder 30-40 kilometer, og nogle gange mere. I den øverste del når deres bredde undertiden titusenvis af kilometer. Disse er de mest omfangsrige af højhøjde-kategorierne. Ligesom alver er sprites tæt forbundet med lynet, men ikke alle. De fleste lyn strejker fra den negativt ladede del af skyen (i gennemsnit er den tættere på jorden). Men 10% af lynet, der rammer jorden, starter fra området med en positiv ladning, og da hovedområdet for placeringen af en positiv ladning er større end det med et negativt, er positiv lyn kraftigere. Det antages, at sådanne kraftige udledninger genererer spriter, der blinker i mesosfæren cirka en hundredeedel af et sekund efter en sky-til-jord-udledning.
Den rød-lilla farve på sprites, som alvernes, er forbundet med atmosfærisk nitrogen. Den øverste del af spriten glød ensartet, men under 70 kilometer ser udstrømningen ud til at være vævet fra hundrede meter tykke kanaler. Deres struktur er det mest interessante træk ved sprites at studere. Kanaler kaldes streamere analogt med de velkendte nåleudladninger ved skarpe kanter af genstande i tordenvejr og ved højspændingsledninger. Rigtigt er tykkelsen på jordbundne streamere i størrelsesordenen en millimeter, og i sprites er de 100.000 gange større. Det er endnu ikke klart, hvorfor streamers diameter stiger så meget - meget hurtigere end lufttrykket falder med højden.
Haloen er en ensartet rød-lilla glød i en højde af cirka 80 kilometer. Årsagen til udladningen er tilsyneladende den samme som for toppen af spriterne, men i modsætning til dem vises haloen altid direkte over lynet. Sprites tager friheden til at være et sted på siden. Der ser ud til at være en forbindelse mellem sprites og glorier, men mekanismen er stadig uklar. De vises undertiden sammen, undertiden hver for sig. Måske er glorie den øverste del af spriterne, når den elektriske feltstyrke ikke var tilstrækkelig til, at udledningen spredte sig i den tættere nedre luft.
I henhold til det geografiske kort over tordenvejr har beboere i jordens ækvator- og tropiske zoner de største chancer for at se spriter. Det er i dette område, op til 78% af alle tordenvejr forekommer. Beboere i Rusland kan også observere sprites. Toppen af tordenvejr i vores land falder juli-august. Det var på dette tidspunkt, at astronomielskere kan se et så smukt fænomen som sprites.
I henhold til American Sprite and Giant Jet Observing Handbook skal observatøren være ca. 100 kilometer fra tordenvejrets episenter for at se spritterne. For at observere jetflyene skulle han rette sin optik i 30-35 grader mod tordenvejrområdet. Derefter vil han være i stand til at observere en del af ionosfæren i en højde på op til 50 kilometer, det er i dette område, der vises jetfly oftest. For at observere sprites skal du rette kikkerten i en vinkel på 45-50 grader, som svarer til himmelområdet i en højde af cirka 80 km - det sted, hvor sprites er født.
For en bedre og mere detaljeret undersøgelse af sprites, jetfly og endnu mere alver, er det bedre for observatøren at bruge specielt biografudstyr, som gør det muligt at registrere de himmelske fakkel i detaljer. Det bedste tidspunkt at jage efter sprites i Rusland er fra midten af juli til midten af august.
Sprites, som lynet, findes ikke kun på Jorden, men også på andre planeter i solsystemet. Antagelig var det spriterne, der blev registreret af rumforskningsbiler under alvorlige storme på Venus, Saturn og Jupiter.
Sprites og alver vises i så store højder på grund af den stærke ionisering af luften med galaktisk støv. I en højde på over 80 kilometer er strømstyrken ti milliarder gange højere end i overfladelagene i atmosfæren.
Navnet "sprites" kommer fra navnet på skovbrændevin, som der henvises til i William Shakespeares komedie "En midtsommernattsdrøm."
Sprites var kendt for menneskeheden længe før 1989. Folk har udtrykt forskellige hypoteser om arten af dette fænomen, herunder det faktum, at lysglimt er fremmede rumskibe. Det var først efter, at John Winkler var i stand til at fange rammer af spriter i ionosfæren, at videnskabsmænd beviste, at de er af elektrisk oprindelse.
Farven på sprites, jetfly og alver varierer afhængigt af den højde, hvorpå de vises. Faktum er, at mere luft er koncentreret i den nære jordatmosfære, mens en høj koncentration af nitrogen ses i de øverste lag af ionosfæren. Luftforbrændinger med blå og hvid flamme, kvælstofrød. Af denne grund er jetflyene under spriterne overvejende blå, mens selve spritterne og, højere, alverne, er rødlige.
Og her er en video af et meget sjældent fænomen - stigende lyn: