Pred 20 rokmi, v noci z 5. - 6. júla 1989, sa v histórii prieskumu planéty Zem uskutočnila dôležitá udalosť. John Randolph Winkler, profesor vo výslužbe a 73-ročný veterán NASA, namieril videokameru s vysokou citlivosťou na búrkové oblaky a potom, pri pohľade na záznamový rámec po snímke, objavil dva jasné záblesky, ktoré na rozdiel od blesku neklesli na zem, ale hore ionosféry. Objavili sa tak spriti - najväčší výboj vo vysokej nadmorskej výške v zemskej atmosfére. Jednoznačne potvrdili existenciu globálneho elektrického obvodu na našej planéte a poskytli nové príležitosti na jeho štúdium.
Dozvieme sa viac o tomto …
Vypúšťanie, ktoré zaznamenal John Winkler, sa začalo z výšky 14 kilometrov a jeho rozmery boli viac ako 20 kilometrov. Mechanizmus vedúci k ich vzhľadu bol nejasný a bolo potrebné veľa vedeckej odvahy na to, aby sa elektrický výboj stúpajúci z hraníc troposféry dostal do takej výšky.
Na získanie presvedčivejších dôkazov nadšený Winkler čakal, až hurikán Hugo zasiahne Minnesotu, av noci z 22. na 23. septembra znovu zaznamenal mnoho podobných výbojov vo vysokých nadmorských výškach vo videu. Je zaujímavé, že tento výskum formálne vykonával ako amatér, pretože nebol súčasťou žiadnych vedeckých programov. Winkler však, samozrejme, nebol amatér a konal rozhodne, ako človek, ktorý si jasne uvedomuje svoje poslanie. Od svojej doterajšej práce v NASA má chybnú vysokorýchlostnú videokameru. Presvedčil dekana fyzikálneho oddelenia na Minnesotskej univerzite, aby vyčlenil 7 000 dolárov na jeho opravu a nainštaloval zariadenie na analýzu záznamov vo svojom dome.
Unikátne zábery z obra prepúšťajú Winklera tak, ako ho to urobilo šťastným. Čo keď takéto vypúšťanie zasiahne lietadlo? A vedec sa varoval s kolegami z NASA. Začali pochybovať. Čo sú výboje? Ale z úcty k Winklerovej minulosti sa pozreli na záznamy letov raketoplánov. A nemohli uveriť svojim očiam: na filmoch bolo nájdených viac ako tucet takýchto výbojov. Winkler mal pravdu. Ako profesionál priviedol túto záležitosť k logickému záveru - publikácie v popredných vedeckých časopisoch Geofyzikálny výskumný list (1989) a veda (1990).
Propagačné video:
Články doslova šokovali odborníkov v oblasti astronómie, atmosférickej elektriny, rádiofyziky, atmosférickej akustiky, fyziky plynových výbojov a vzdušnej bezpečnosti. Po týchto publikáciách už NASA nedokázala odhaliť možné ohrozenie kozmickej lode a začala podrobnú štúdiu výbojov vo vysokých nadmorských výškach. Počas troch rokov prípravy na túto prácu bol Winkler opakovane konzultovaný, ale nikdy nebol zahrnutý do samotného programu.
Úplne prvú noc pozorovaní, 7. júla 1993, na vedeckej stanici neďaleko Fort Collins (Colorado) prekvapili vedci viac ako 240 výtokov vo vysokých nadmorských výškach. Nasledujúcu noc bolo nasadené jednoúčelové lietajúce laboratórium na palube lietadla DC-8, aby sa vylúčila chyba pri určovaní výšky. Výsledky presiahli všetky očakávania: vo výškach najmenej 50 - 60 kilometrov sa zistili obrovské svetlice. Na počesť nepokojných Pak z Shakespearovho „Sen noci svätojánskej“dostali pomenovanie sprites, to znamená vzduchoví duchovia. Prirodzene, vyvstala otázka: Prečo nevedeli o týchto prietokoch skôr, ak každá silná búrka spôsobí desiatky?
Analýza literatúry ukázala, že za stovky rokov mnoho ľudí videlo neobvyklé a veľmi veľké výboje nad mrakmi. Nazývali sa raketové blesky, zakalené stratosférické výboje, stúpajúce blesky a dokonca blesky typu cloud-to-space. Ale bez spoľahlivých dôkazov boli podivné správy očitých svedkov jednoducho ignorované. Dokonca odložili bokom takého známeho a pocteného špecialistu v oblasti atmosférickej elektriny, ako je laureát Nobelovej ceny Charles Thomson Wilson, ktorý o podobnom fenoméne písal vo svojom článku už v roku 1956. Trvalo to zmysel, skúsenosť, vytrvalosť a nebojácnosť profesora Johna Winklera, takže „to sa nedá„ rýchlo zmeniť na “, ale kto to nepozná.“Teraz môžete na mnohých videách na internete tieto kategórie podrobne preskúmať.
John Winkler zomrel v roku 2001. Na výškových stupňoch nevykonával viac práce, aj keď je ťažké uveriť, že nechcel - po takom a takom úspechu. Jeho publikácia vo vede bola pravidelne spomínaná, ale zrejme nebola zahrnutá do projektov. Nekrológ, ktorý napísali jeho kolegovia, je pre neho nespokojný. Ale márne. Červené a fialové škriatkovia sa pozdravujú Johnovi Randolphovi Winklerovi každý deň, pretože ich učil ľudí ich vidieť.
Čoskoro vedci objavili celú svetelnú show, ktorá sa odohrávala v hornej atmosfére nad hlavnými búrkami. Hlavnými aktérmi v tomto poradí (v poradí zdola nahor): modré trysky, ktoré sa niekedy nazývajú škriatkovia (pretože sú dole), v strede sú červenofialové škriatkovia a halóny a nad nimi červenkasté prstene - elfovia vznášajúci sa vo výške. Ale samozrejme, nesmieme zabudnúť na režiséra, ktorý stojí za veľkolepým predstavením - to sú známe búrkové mraky a blesky. V skutočnosti, nie je to dávno, počet bol početnejší, ale vedci sa postupne zbavili liehovín, medúzy (niektorých druhov škriatkov) a ďalších zvučných „živých tvorov“.
Je potrebné poznamenať, že cvičenia s krásnymi menami nie sú len zábavné v štýle „fyzického žartovania“, ako by sa mohlo zdať na prvý pohľad. Rovnako ako v prípade šoubiznisu, aj vo vede zohráva podpora myšlienok a trendov dôležitú úlohu, pretože tu a tam je boj o zdroje. Oblasť vedy, ktorú počuje verejnosť, je zvyčajne financovaná štedrejším spôsobom. Pamätajte aspoň na nanotechnológiu, o ktorej všetci hovoria, ale nikto nemôže skutočne vysvetliť, o čo ide a prečo sa tam musí nasmerovať toľko peňazí. Vráťme sa však k nášmu výkonu a podrobnejšie predstavíme najuznávanejšie publikum.
Elfovia sú najrýchlejšími a najrýchlejšími v rodine vo vysokých výškach. Tieto žiariace červeno-fialové krúžky sa objavujú v spodnej ionosfére vo výškach 80 - 100 kilometrov. Za menej ako jednu milisekundu sa žiara, objavujúca sa v strede, rozšíri na 300 až 400 kilometrov a mizne. Elfovia neboli podrobne študovaní, pravdepodobne preto, že nespôsobujú veľa kontroverzií a nesľubujú vážny pokrok v chápaní povahy atmosférických výbojov. Narodia sa tri desaťtisíce sekundy (300 mikrosekúnd) po silnom úderu blesku z búrky do zeme. Jeho kmeň sa stáva „vysielacou anténou“, z ktorej začína pri rýchlosti svetla silná sférická elektromagnetická vlna s veľmi nízkou frekvenciou. Za 300 mikrosekúnd sa dostane len do nadmorskej výšky 100 kilometrov, kde excituje červeno-fialovú žiaru molekúl dusíka. Čím ďalej vlna pokračuječím širší je prsteň, dokiaľ nezmizne zo zdroja.
Modré trysky alebo škriatkovia sú najzáhadnejšie, najzriedkavejšie a najťažšie pozorovateľné tvory v súbore nových výtokov vo vysokých nadmorských výškach. Gnome vyzerá ako modrý úzky prevrátený kužeľ, ktorý začína od horného okraja búrok a niekedy dosahuje výšku 40 kilometrov. Rýchlosť šírenia modrých trysiek je od 10 do 100 km / s. Najpodivnejšie však je, že ich vzhľad nie je vždy spojený s viditeľnými údermi blesku. Vo výškach, z ktorých sú trysky vypúšťané, je tlak stále pomerne vysoký a nie je prekvapujúce, že sú modré. Takto svieti blesk, korónový výboj na drôtoch, iskrový výboj a dokonca aj plamene vysokej teploty. To je tiež žiara molekúl dusíka, ale nie v červeno-fialovom pruhu, ako v prípade elfov, ale v ultrafialovej modrej.
Okrem bežných trysiek sa od horného okraja oblaku niekedy vylomia tzv. Modré predjedlá. Nezvyšujú sa nad 30 kilometrov. Niektorí vedci sa domnievajú, že ide iba o blesk smerujúci nahor do oblasti, kde tlak rýchlo klesá, a preto sa štartéry rozširujú oveľa viac ako konvenčné blesky. Iní ich považujú za nedostatočne vyvinuté trysky.
Ale najzaujímavejší typ modrých trysiek sa nazýval obrovské trysky. Začínajú veľmi blízko od zemského povrchu a dosahujú výšku 90 kilometrov. Záujem geofyzikov o obrovské trysky, aby zodpovedali ich veľkosti, pretože tieto výboje robia „nepretržitý let“z troposféry priamo do ionosféry. Sú však mimoriadne zriedkavé a spoľahlivo zaznamenané nie viac ako desaťkrát. Zároveň žijú zlomok sekundy, čo im v zásade umožňuje pozorovať voľným okom.
Teória prúdov robí iba prvé kroky. Zatiaľ nie je jasné, ako tento jav vyzerá. Ak sú svojou povahou blízko k svetelnému kanálu blesku vo vývojovej etape, potom je zrejmé, prečo narodenia jetu nie je spojené s bleskom: to samo o sebe je blesk. Ale možno užšou analógiou je výboj vnútri búrky, ktorý dodáva energiu blesku. V tomto prípade bude ešte ťažšie pochopiť povahu prúdov, pretože teória takýchto prietokov je v ranom štádiu vývoja.
Najväčší počet pozorovaní a publikácií je venovaný červeným škriatkom. Toto sú skutočné popové hviezdy medzi atmosférickými výbojmi vo vysokých nadmorských výškach. Niekedy sa zdá, že záujem o nich je rovnako prehriaty ako u populárnych spevákov. Prečo si zaslúžili takú pozornosť? Ide o to, že sa dajú ľahko pozorovať (ak, samozrejme, viete, že je to možné). Každý deň sa na svete rodia desiatky tisíc spritov a je úžasné, že si ich už dlho nevšimli.
Škriatkovia sú veľmi jasné volumetrické svetlice, ktoré sa vyskytujú v nadmorskej výške 70 až 90 kilometrov a klesajú 30 až 40 kilometrov a niekedy aj viac. Ich horná časť niekedy dosahuje desiatky kilometrov. Toto sú najrozsiahlejšie výboje vo vysokých nadmorských výškach. Podobne ako elfovia aj spriti úzko súvisia s bleskom, ale nie so všetkými. Väčšina úderov blesku zo záporne nabitej časti mraku (v priemere je bližšie k zemi). Ale 10% blesku dopadajúceho na zem začína z oblasti pozitívneho náboja a keďže hlavná oblasť umiestnenia pozitívneho náboja je väčšia ako v prípade záporného náboja, pozitívne blesky sú silnejšie. Predpokladá sa, že také silné výboje vytvárajú škvrny, ktoré v mezosfére blikajú asi stotinu sekundy po výboji z mraku na zem.
Červeno-fialová farba škvŕn, podobne ako u elfov, je spojená s atmosférickým dusíkom. Horná časť sprite svieti rovnomerne, ale pod 70 km sa zdá, že prietok je tkaný z kanálov hrubých stoviek metrov. Ich štruktúra je najzaujímavejšou črtou sprites k štúdiu. Kanály sa nazývajú fáborky analogicky so známymi ihlami, ktoré sa vybíjajú na ostrých hranách predmetov v búrkach a na vysokonapäťových drôtoch. Je pravda, že hrúbka suchozemských streamerov je rádovo milimeter a v štrbinách sú 100 000 krát väčšie. Zatiaľ nie je jasné, prečo sa priemer streamerov zvyšuje tak oveľa - oveľa rýchlejšie ako tlak vzduchu s výškou klesá.
Svätožiara je jednotná červeno-fialová žiara v nadmorskej výške asi 80 kilometrov. Príčina výboja je zjavne rovnaká ako v prípade horných škvŕn, ale na rozdiel od nich sa halo vždy objaví priamo nad bleskom. Sprite si môžu dovoliť byť niekde na boku. Zdá sa, že medzi spritami a halomi existuje určitá súvislosť, ale mechanizmus je stále nejasný. Vyskytujú sa niekedy spolu, niekedy osobitne. Možno je halo hornou časťou spritov, keď sila elektrického poľa nestačila na to, aby sa výboj rozšíril do hustejšieho dolného vzduchu.
Podľa Geografickej mapy búrok majú obyvatelia rovníkových a tropických zón Zem najväčšie šance na sprites. V tejto oblasti sa vyskytuje až 78% všetkých búrok. Obyvatelia Ruska môžu tiež pozorovať spritov. Vrchol búrok v našej krajine pripadá na júl až august. To bolo v tomto okamihu, keď milovníci astronómie videli taký krásny jav ako sprites.
Podľa americkej Sprite and Giant Jet Observing Handbook, aby bol spozorovaný pozorovateľ, musí byť pozorovateľ vzdialený približne 100 kilometrov od epicentra búrky. Aby pozoroval trysky, mal by nasmerovať svoju optiku 30 až 35 stupňov smerom k oblasti búrky. Potom bude schopný pozorovať časť ionosféry v nadmorskej výške až 50 kilometrov. Najčastejšie sa v tejto oblasti objavujú prúdy. Aby ste pozorovali spritov, mali by ste ďalekohľad namieriť pod uhlom 45 - 50 stupňov, ktorý bude zodpovedať oblasti oblohy v nadmorskej výške asi 80 km - miesto, kde sa rodia spriti.
Pre lepšiu a podrobnejšiu štúdiu spritov, trysiek a ešte viac škriatkov je pre pozorovateľa lepšie použiť špeciálne vybavenie kín, ktoré umožní podrobné zaznamenanie nebeských svetlíc. Najlepší čas na lov duchovných v Rusku je od polovice júla do polovice augusta.
Škriatkovia, podobne ako blesky, sa nachádzajú nielen na Zemi, ale aj na iných planétach slnečnej sústavy. Pravdepodobne to boli spriti, ktoré zaznamenali kozmické výskumné vozidlá počas prudkých búrok na Venuši, Saturn a Jupiter.
Sprite a elfovia sa objavujú v takých vysokých nadmorských výškach kvôli silnej ionizácii vzduchu galaktickým prachom. Vo výške nad 80 kilometrov je vodivosť prúdu desať miliárd krát vyššia ako v povrchových vrstvách atmosféry.
Názov „škriatkovia“pochádza z názvu lesných duchov uvedených v komédii Williama Shakespearea „Sen noci svätojánskej“.
Sprites boli ľudstvo známe už dávno pred rokom 1989. Ľudia vyjadrili rôzne hypotézy o povahe tohto javu, vrátane skutočnosti, že záblesky svetla sú mimozemské kozmické lode. Vedci dokázali, že sú elektrického pôvodu, až potom, čo John Winkler dokázal zachytiť snímky iontov v ionosfére.
Farba škriatkov, trysiek a elfov sa líši v závislosti od výšky, v ktorej sa objavia. Faktom je, že v atmosfére blízkej Zemi sa koncentruje viac vzduchu, zatiaľ čo v horných vrstvách ionosféry sa pozoruje vysoká koncentrácia dusíka. Vzduch horí s modrým a bielym plameňom, dusíkovo červený. Z tohto dôvodu sú prúdy pod spritami prevažne modré, zatiaľ čo samotné sprity a vyššie elfy sú načervenalé.
A tu je video z veľmi zriedkavého javu - stúpajúci blesk: