20 aastat tagasi, 5. juuli 1989, 1989 1989, leidis aset oluline sündmus planeedi Maa uurimise ajaloos. Pensionil olnud professor, 73-aastane NASA veteran John Randolph Winkler osutas tormipilvede ääres ülitundlikku videokaamerat ja seejärel, vaadates salvestuskaadrit kaadri järgi, avastas ta kaks eredat välku, mis erinevalt välgust ei läinud maapinnale, vaid kuni ionosfäär. Nii avastati sprits - suurim atmosfääri kõrgusemissioonist. Nad kinnitasid selgelt meie planeedil ülemaailmse elektriskeemi olemasolu ja pakkusid selle uurimiseks uusi võimalusi.
Vaatame selle kohta lähemalt …
John Winkleri registreeritud heited algasid 14 kilomeetri kõrguselt ja nende mõõtmed olid üle 20 kilomeetri. Nende ilmumiseni viinud mehhanism oli ebaselge ja troposfääri piiridelt sellisele kõrgusele tõusvast elektrilahendusest teatamiseks kulus palju teaduslikku julgust.
Veenvamate tõendite saamiseks ootas entusiastlik Winkler, kuni orkaan Hugo tabas Minnesotat ja öösel 22.-23. Septembril salvestas ta videol hulgaliselt sarnaseid kõrgmäestikuheidet. Huvitav on see, et ta viis selle uurimistöö ametlikult läbi amatöörina, kuna seda ei lisatud ühtegi teadusprogrammi. Kuid Winkler muidugi polnud amatöör ja käitus otsustavalt, nagu mees, kes on oma missioonist selgelt teadlik. Oma varasemast tööst NASAs on tal vigane kiire videokaamera. Ta veenis Minnesota ülikooli füüsikaosakonna dekaani eraldama selle remondiks 7000 dollarit ja paigaldama oma dokumentide analüüsimiseks seadmed.
Hiiglaslike heidete ainulaadne kaadristik ehmatas Winkleri nii palju, et see tegi ta õnnelikuks. Mis siis, kui selline heide tabab lennukit? Ja teadlane pöördus hoiatusega oma NASA kolleegide poole. Nad hakkasid kahtlema. Millised on heited? Kuid austades Winkleri minevikku, vaatasid nad kosmosesüstiku lendude salvestusi. Ja nad ei suutnud oma silmi uskuda: filmidest leiti rohkem kui tosin sellist heidet. Winkler sai õigesti aru. Professionaalina viis ta asja loogilise järelduseni - publikatsioonid juhtivates teadusajakirjades Geophysical Research Letters (1989) ja Science (1990).
Reklaamvideo:
Artiklid šokeerisid sõna otseses mõttes astronoomia, atmosfääri elektrienergia, radiofüüsika, atmosfääri akustika, gaaslahenduse füüsika ja kosmose turvalisuse spetsialiste. Pärast neid väljaandeid ei saanud NASA enam õhusõidukite võimalikku ohtu maha tõmmata ja alustas kõrgmäestiku heidete üksikasjalikku uurimist. Selle töö ettevalmistamise kolme aasta jooksul konsulteeriti Winkleriga korduvalt, kuid teda ei lisatud kunagi programmi.
Juba esimesel vaatlusööl, 7. juulil 1993 registreerisid üllatunud teadlased Fort Collinsi (Colorado) lähedal asuvas teadusjaamas enam kui 240 kõrgmäestikuheidet. Järgmisel õhtul paigutati DC-8 lennuki pardal spetsiaalne lendav labor, et välistada viga kõrguse määramisel. Tulemused ületasid kõik ootused: vähemalt 50–60 kilomeetri kõrgusel avastati tohutuid rakette. Shakespeare'i filmi "Jaanipäeva unenägu" rahutu Pak'i auks anti neile nime spritid, see tähendab õhuprogrammid. Loomulikult kerkis küsimus: miks nad ei teadnud nendest heitmetest varem, kui iga võimas äikese rinne tekitab neid kümneid?
Kirjanduse analüüs on näidanud, et sadade aastate jooksul on paljud inimesed pilvede kohal näinud ebaharilikke ja väga suuri heitmeid. Neid kutsuti raketi välguks, hägusteks stratosfääri laenguteks, tõusvateks välkudeks ja isegi pilvedest kosmoseks. Kuid usaldusväärsete tõendite puudumisel jäeti kummalised pealtnägijate teated lihtsalt tähelepanuta. Nad vallandasid isegi sellise atmosfäärielektri valdkonnas tuntud ja austatud spetsialisti nagu Nobeli preemia laureaat Charles Thomson Wilson, kes kirjutas sarnase nähtuse kohta oma artiklis juba 1956. aastal. Selleks kulus professor John Winkleri elegantsi, kogemusi, visadust ja kartmatust, nii et "sellest ei saa" väga kiiresti "," aga kes seda ei tea. " Nüüd saate neid kategooriaid üksikasjalikult uurida paljudel Interneti-videol.
John Winkler suri 2001. aastal. Ta ei teinud kõrgmäestiku klassides rohkem tööd, kuigi on raske uskuda, et ta ei tahtnud - pärast sellist ja sellist edu. Tema publikatsioonile Science viitati regulaarselt, kuid ilmselt ei kaasatud projektidesse. Tema kolleegide kirjutatud järelehüüe näitab tema suhtes pahameelt. Kuid asjata. Punast ja lillat spritti tervitatakse John Randolph Winkleriga iga päev, sest ta õpetas inimesi neid nägema.
Peagi avastasid teadlased, et ülemises atmosfääris võib plii-äikeste kohal avaneda terve valgusetendus. Peamised osalised selles (järjekorras alt üles): sinised joad, mida mõnikord nimetatakse päkapikeks (kuna need asuvad põhjas), keskel on punakaslillad spridid ja halod ning nende kohal punakasrõngad - kõrgustes hõljuvad päkapikud. Kuid muidugi ei tohi unustada lavastajat suurejoonelise etenduse taga - need on tuntud tormi pilved ja välk. Tegelikult ei olnud kaua aega tagasi trupp arvukam, kuid teadlased vabanesid järk-järgult kangetest alkohoolsetest jookidest, meduusidest (teatud tüüpi spritid) ja muudest kuuldavatest "elusolenditest".
Tuleb märkida, et kaunite nimedega harjutused pole lihtsalt lõbusad "füüsika nalja" stiilis, nagu esmapilgul võib tunduda. Nagu näituseäris, mängib teaduses olulist rolli ideede ja suundumuste propageerimine, sest siin-seal käib võitlus ressursside pärast. Teadusvaldkonda, mida avalikkus kuuleb, rahastatakse tavaliselt heldemini. Pidage meeles vähemalt nanotehnoloogiat, millest kõik räägivad, kuid keegi ei saa tegelikult selgitada, mis see on ja miks on vaja sinna nii palju raha suunata. Kuid pöördugem tagasi oma esinemise juurde ja tutvustagem kõigile detailsemalt auväärset publikut.
Päkapikud on kõrgmäestikus kõige lühikesema kujuga ja lühikese elueaga. Need hõõguvad punakaslillad rõngad ilmuvad madalamasse ionosfääri 80–100 kilomeetri kõrgusel. Vähem kui millisekundi jooksul laieneb keskel paistev hõõgus 300–400 kilomeetrit ja kaob. Päkapikke pole eriti üksikasjalikult uuritud, ilmselt seetõttu, et need ei põhjusta palju poleemikat ega luba tõsiseid edusamme atmosfääriheidete olemuse mõistmisel. Nad sünnivad kolm kümme tuhandikku sekundist (300 mikrosekundit) pärast seda, kui äike on maapinnale löönud. Selle pagasiruumist saab "edastav antenn", millest valguse kiirusel algab väga madala sagedusega võimas sfääriline elektromagnetiline laine. 300 mikrosekundi jooksul jõuab see lihtsalt 100 kilomeetri kõrgusele, kus ergastab lämmastiku molekulide punakasvioletset kuma. Mida kaugemale laine lähebmida laiemaks rõngas muutub, kuni see allikast kaugeneb.
Sinised joad ehk päkapikud on uute kõrgete heidete ansamblis kõige müstilisemad, haruldasemad ja raskemini jälgitavad olendid. Päkapikk näeb välja nagu sinine kitsas ümberpööratud koonus, mis algab äikese ülemisest servast ja ulatub mõnikord 40 kilomeetri kõrgusele. Siniste reaktiivlennukite levimiskiirus on 10 kuni 100 km / s. Kuid kõige kummalisem on see, et nende välimust ei seostata alati nähtavate välgulöökidega. Kõrgusel, kust düüsid lastakse, on rõhk endiselt suhteliselt kõrge ja pole üllatav, et need on sinised. Nii säravad välk, juhtmete koroonalahendus, sädelaeng ja isegi kõrge temperatuuriga leegid. See on ka lämmastiku molekulide hõõgus, kuid mitte punakasvioletses triibus, nagu päkapikkude puhul, vaid ultraviolett-sinises.
Lisaks tavalistele joadele murduvad pilve ülemisest servast mõnikord ka nn sinised starterid. Need ei tõuse üle 30 kilomeetri. Mõned teadlased usuvad, et see on lihtsalt välk, mis on suunatud ülespoole piirkonda, kus rõhk langeb kiiresti, ja seetõttu laienevad starterid tavalisest välgust palju rohkem. Teised peavad neid vähearenenud reaktiivlennukiteks.
Kuid kõige huvitavamat tüüpi siniseid joad on nimetatud hiiglaslikeks joadeks. Maa pinnast väga kaugel algavad, ulatuvad nad 90 kilomeetri kõrgusele. Geofüüsikute huvi hiiglaslike reaktiivlennukite vastu, et need vastaksid nende suurusele, sest need heitmed teevad "katkematu lennu" troposfäärist otse ionosfääri. Kuid need on äärmiselt haruldased ja neid on usaldusväärselt registreeritud vaid kümmekond korda. Samal ajal elavad nad murdosa sekundist, mis põhimõtteliselt võimaldab neid palja silmaga märgata.
Jeti teooria on alles esimeste sammude tegemine. Veel pole veel selge, milline see nähtus välja näeb. Kui oma olemuselt on nad arengufaasis lähedal välgu helendavale kanalile, siis saab selgeks, miks joa sündi välguga ei seostata: see on iseenesest välk. Kuid võib-olla on lähedasem analoogia välgukanali energiat andva äikese sees olev tühjendus. Sel juhul on pihustite olemust veelgi keerulisem mõista, kuna selliste heitmete teooria on alles arenemisjärgus.
Kõige rohkem vaatlusi ja publikatsioone on pühendatud punastele spritele. Need on tõelised popstaarid kõrgmäestiku atmosfääriheidete hulgas. Mõnikord tundub, et huvi nende vastu on sama ülekuumenenud kui populaarsete lauljate seas. Miks nad väärisid sellist tähelepanu? Tõsi on see, et neid on lihtne jälgida (kui muidugi teate, et see on võimalik). Iga päev sünnib maakerale kümneid tuhandeid sprite, ja on hämmastav, et neid pole nii kaua märgatud.
Spritid on väga eredad mahulised helkurid, mis esinevad 70–90 kilomeetri kõrgusel ja laskuvad 30–40 kilomeetri kõrgusele ja vahel ka rohkem. Ülemises osas ulatub nende laius mõnikord kümnete kilomeetriteni. Need on kõrgmäestikuheidetest kõige mahukamad. Nagu päkapikud, on spritid välguga tihedalt seotud, kuid mitte kõik. Enamik välku lööb pilve negatiivselt laetud osast (keskmiselt on see maapinnale lähemal). Kuid 10% maapinnale jõudvatest välkudest algab positiivse laengu piirkonnast ja kuna positiivse laengu asukoha peamine pindala on suurem kui negatiivne, siis on positiivne välk võimsam. Arvatakse, et sellised võimsad heitmed tekitavad spreid, mis vilguvad mesosfääris umbes sekundi sekundis pärast pilve-maa väljutamist.
Spritide, nagu päkapikkude, punakaslilla värvus on seotud atmosfääri lämmastikuga. Kiirguse ülemine osa helendab ühtlaselt, kuid alla 70 kilomeetri tundub, et heide on kootud sadade meetriste kanalitega. Nende struktuur on sprittide uurimiseks kõige huvitavam omadus. Kanaleid nimetatakse striimideks analoogselt tuntud nõelte väljalaskega äikesetormi objektide teravatel servadel ja kõrgepingejuhtmetel. Tõsi, maapealsete striimide paksus on umbes millimeeter ja spritides on need 100 000 korda suuremad. Veel pole selge, miks striimide läbimõõt nii palju suureneb - palju kiiremini kui õhurõhk kõrgusega väheneb.
Halo on ühtlane punakaslilla kuma umbes 80 kilomeetri kõrgusel. Lossimise põhjus on ilmselt sama, mis sprittide ülaosas, kuid erinevalt neist paistab halo alati otse välgu kohal. Spritid võtavad vabaduse olla kuskil külje peal. Tundub, et sprittide ja haloside vahel on teatav seos, kuid mehhanism on endiselt ebaselge. Need ilmuvad mõnikord koos, mõnikord eraldi. Võib-olla on halo spritide ülemine osa, kui elektrivälja tugevus ei olnud piisav, et tühjendus leviks tihedamasse madalamasse õhku.
Äikese geograafilise kaardi järgi on Maa ekvatoriaalse ja troopilise vööndi elanikel kõige suurem tõenäosus sprittide nägemiseks. Just selles piirkonnas esineb kuni 78% kõigist äikestest. Ka Venemaa elanikud saavad spritte jälgida. Äikese tipptund meie riigis langeb juulist-augustini. Just sel ajal näevad astronoomiaarmastajad nii ilusat nähtust nagu spritid.
American Sprite and Giant Jet Observing Handbook järgi peab sprittide nägemiseks olema vaatleja umbes 100 kilomeetri kaugusel äikese keskpunktist. Düüside jälgimiseks peaks ta suunama oma optika 30-35 kraadi suunas äikese piirkonda. Siis saab ta jälgida osa ionosfäärist kuni 50 kilomeetri kõrgusel, just selles piirkonnas ilmuvad joad kõige sagedamini. Sprittide vaatlemiseks tuleks binokkel suunata 45-50 kraadi nurga alla, mis vastab taeva pindalale umbes 80 km kõrgusel - sprittide sünnikohale.
Sprittide, pihustite ja veelgi enam päkapikkude paremaks ja üksikasjalikumaks uurimiseks on vaatlejal parem kasutada spetsiaalset kinoaparaati, mis võimaldab taevaste rakettide üksikasjalikku registreerimist. Parim aeg sprittide kütmiseks Venemaal on juuli keskpaigast augusti keskpaigani.
Spreid, nagu välku, leidub mitte ainult Maal, vaid ka Päikesesüsteemi teistel planeetidel. Arvatavasti olid spritid need, mida kosmoseuuringute sõidukid salvestasid Veenuse, Saturni ja Jupiteri tugevate tormide ajal.
Spritid ja päkapikud ilmuvad nii kõrgele kõrgusele õhu tugeva ionisatsiooni tõttu galaktilise tolmu poolt. Üle 80 kilomeetri kõrgusel on voolu juhtivus kümme miljardit korda suurem kui atmosfääri pinnakihtides.
Nimi "sprites" pärineb metsavaimude nimest, millele viidatakse William Shakespeare'i komöödias "Jaaniöö unenägu".
Spritid olid inimkonnale teada juba ammu enne 1989. aastat. Inimesed on selle nähtuse olemuse kohta avaldanud mitmesuguseid hüpoteese, sealhulgas asjaolu, et valgusevälgud on võõrad kosmoselaevad. Alles pärast seda, kui John Winkler suutis jäädvustada ionosfääris sprite kaadreid, tõestasid teadlased, et need on elektrita.
Sprittide, düüside ja päkapike värvus erineb sõltuvalt nende ilmumise kõrgusest. Fakt on see, et rohkem õhku on koondunud Maa lähiümbruse atmosfääri, samas kui lämmastiku suurt kontsentratsiooni on täheldatud ionosfääri ülemistes kihtides. Õhk põleb sinise ja valge leegiga, lämmastik - punasega. Sel põhjusel on sprittide all olevad joad valdavalt sinised, spritid ise ja kõrgemal päkapikud on punakad.
Ja siin on video väga haruldasest nähtusest - tõusva välguga:
