Что такое эльф в атмосфере
«Голубые молнии» и «эльфа» впервые зафиксировали с борта МКС
Некоторые молнии бьют не в землю, а отправляются в стратосферу. Обсерватория, установленная на МКС, впервые позволила изучить это удивительное явление во всех подробностях.
Фотографы по всему миру много раз фиксировали на камеру так называемые восходящие молнии. Это удивительное природное явление выглядит как «голубая молния», отправляющаяся в стратосферу на высоту до 50 километров.
Но «голубые молнии», или «голубые струи», отличаются от обычных разрядов не только тем, что они направлены вверх. Обычные молнии протягиваются в длину километра на два: разряд происходит между облаком и землёй. «Голубые молнии» и их «коллеги» спрайты могут протянуться на высоту от 40 до 100 километров, а их поперечный размер достигает 100 километров.
Появление «голубой молнии» сопровождает «эльф». «Эльф» – это быстро расширяющееся «кольцо» видимого и ультрафиолетового излучения, которое распространяется в нижней части ионосферы. «Кольцо» образуется в результате взаимодействия электронов, радиоволн и атмосферы.
На видео ниже, выпущенном Европейским космическим агентством, показаны «голубая молния» и «эльф», нарисованные на компьютере.
Это всего лишь художественный образ, демонстрирующий «голубые молнии». Но видео показывает, как это удивительное природное явление выглядит для космонавтов, работающих на МКС.
Европейские учёные впервые получили возможность изучить это явление во всех подробностях, потому что на борту Международной космической станции заработала обсерватория под названием Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM).
Космический охотник за грозами измерил «голубую молнию», которая была испущена после пяти интенсивных вспышек длительностью 10 микросекунд из облака недалеко от острова Нару в Тихом океане, а затем поймал и порождённого ею «эльфа».
Регистрация этих явлений с помощью высокочувствительных инструментов ASIM важна для учёных, изучающих погоду на Земле. Наблюдения дают ключ к разгадке того, как «голубая молния» возникает. Кроме того, исследователи предполагают, что эти явления могут влиять на концентрацию парниковых газов в атмосфере Земли.
Ранее Вести.Ru также рассказывали о явлении «зелёных молний», которые сопровождают извержения вулкана, и о том, как «голубые молнии» и «эльфы» помог изучить спутник, запущенный учёными МГУ. Также мы писали о том, как физики приручили молнии, заставив их «бить» в определённом месте.
Синий джет, красный спрайт и эльф: неуловимые явления
Сообщалось, что во время Второй мировой войны, высоколетающие пилоты наблюдали необъяснимые воздушные явления. Которые сейчас часто называют переходными световыми явлениями. Особенно в непосредственной близости от гроз. Но в то время ученые считали, что объяснения, данные пилотами, мало заслуживают доверия. Они думали, что пилоты, хотя и хорошо справлялись с тем, чему их обучили. Не обладали способностью должным образом определять мимолетные воздушные явления. Такие, как (то, что мы теперь знаем) красный спрайт, синий джет и эльф, если они на самом деле существовали вообще. В результате пилоты не хотели выделяться, полагая, что их репутация поставлена на карту. Словом, летчики хотели сохранить свои «крылья».
Хотя случаи световых явлений можно проследить намного раньше, чем во время Второй мировой войны. Только в последние несколько десятилетий — особенно после 1989 года — к ним начали относиться серьезно. Профессор физики Университета Миннесоты Джон Р. Винклер сделал поразительное открытие, тестируя видеокамеру для полета на исследовательской ракете. Когда кассета была просмотрена, она неожиданно показала «две гигантские колонны света, возвышающиеся над далекими грозами в северной Миннесоте». Наконец, была разгадана многовековая тайна загадочных огней над грозами. Сегодня, хотя они довольно загадочны и неуловимы, красный спрайт и его «братья», синий джет и эльф раскрывают некоторые из своих секретов.
Синий джет замечен учеными с МКС
То, что мы видим с поверхности нашей планеты, — это только начало. Самая мощная активность происходит высоко над поверхностью, в верхних слоях атмосферы Земли. Там происходят довольно странные вещи. Миссия НАСА, цель которой — узнать о них больше, сообщила, что с МКС были замечены синие джеты. — Молнии, выстреливающие вверх из облаков. Явление было обнаружено Европейским монитором взаимодействия атмосферы и космоса (ASIM) недалеко от острова Нару в Тихом океане. ASIM, — это инструмент, также известный как «охотник за космическими штормами».
Находясь на орбите на высоте чуть более 400 км. МКС обеспечивает идеальный обзор погодных систем Земли. А ASIM — это средство наблюдения за пределами космической станции. Используемое для изучения сильных гроз и их роли в атмосфере и климате Земли. ASIM работает на МКС с 2018 года.
Ученые говорят, что его исследования могут помочь выяснить, как возникают разряды и как они могут влиять на парниковые газы в атмосфере Земли.
Видео с МКС: Синий джет и предшествующий ему эльф. видео: 5-tv.ru
В статье, опубликованной в научном журнале Nature, астрономы описывают пять ярких синих вспышек. Каждая из которых длится около 10 миллисекунд. Пятая вспышка послала пульсирующую синюю струю — вид молнии. Которая достигла 50 км в стратосфере и длилась менее секунды. Электризующие эффекты штормов можно действительно ясно увидеть с Международной космической станции.
Но когда молния ударяет вниз, над вершинами облаков происходит нечто совершенно иное.
Синие джеты — это вспышки электрических молний, которые поднимаются из облаков в атмосферу Земли.
Природа возникновения явлений
Красный спрайт
Красный спрайт с борта МКС. видео: www.youtube.comПо словам ученых НАСА, происхождение «красного спрайта» происходит следующим образом: Обычно отрицательный заряд переносится от облака к земле. Но примерно в каждом десятом разе это положительный заряд — и это оставляет верхнюю часть облака отрицательно заряженной. С этим шансом один из десяти, электрическое поле над облаком «как раз подходит» для создания спрайта — электрического разряда на высоте 80 километров над грозой. Красновато-оранжевый цвет вызван «ускорением электронов в мезосфере из-за внезапного электрического изменения. Их быстрое движение вызывает тепло, ионизацию и красный свет. Когда электроны сталкиваются с молекулами азота.
Синий джет
«Синие джеты» и «эльфы» тоже ассоциируются с грозами, но не так, как «спрайты». В то время как спрайты напрямую связаны с ударами молнии из облака в землю и образуются далеко над грозовой тучей. Синие джеты «выходят» прямо из вершины грозовой тучи, и распространяются вверх узкими конусами примерно 15 градусов. Расходятся веером и исчезают на высоте примерно 50 километров. Время жизни составляет пару десятых секунды.
Хотя продолжительности спрайта составляет пару десятых секунды, продолжительность эльфа еще меньше — менее миллисекунды. Следовательно, в отличие от спрайтов, которые в редких случаях можно увидеть невооруженным глазом, увидеть эльфы практически невозможно. Если бы можно было увидеть эльфа, он, вероятно, выглядел бы как гигантское расширяющееся кольцо — около 500 километров в поперечнике. Исходящее из точки на высоте около 100 километров и расширяющееся наружу. Похоже, что они возникают над областями активных молний между облаками и землей. Когда мощный электромагнитный импульс распространяется вверх в ионосферу.
Такова история красных спрайтов, синих джетов и эльфов. Не говоря уже о «синих стартерах, спрайтовых ореолах, троллях, гномах, гигантских джетах, всплесках и гамма-всплесках». Все, так или иначе связаны с грозами, кроме двух последних.
Как появились названия
Термин «спрайт» был впервые введен в употребление в 1994 году профессором Дэвидом Сентманом из Университета Аляски в Фэрбенксе. Который считал, что их мимолетная природа напоминает мифический «спрайт» из «Сон в летнюю ночь» Шекспира. Термин «голубой джет/реактивный» говорит сам за себя. А «эльф» — это аббревиатура для обозначения излучения света и возмущений очень низкой частоты. Вызванных источниками электромагнитных импульсов.
Молнии, спрайты, джеты и эльфы
Думаю, не ошибусь, если предположу, что практически все знают, что такое молния, наверняка все видели молнии линейные и слышали про существование шаровых молний (а некоторые даже видели), но этими двумя широко известными разновидностями атмосферные электрические разряды не исчерпываются.
Википедия определяет молнию так:
Мо́лния — электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.
Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и др. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10—500 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт.
2002 год, Крым, Севастополь, Северная сторона.
Причем снять удалось как одиночную линейную молнию, так и целые их пакеты.
При желании сфотографировать линейную молнию довольно просто – мне это легко удавалось сделать даже мыльницей с максимальной выдержкой в 4 сек.
И линейные, и шаровые молнии – явления тропосферные, то есть происходящие в атмосфере на высотах до 10-12 км для умеренных широт и 16-18км – для экваториальных.
Если мы заглянем повыше тропосферы – то тут проявления атмосферных электрических разрядов куда как разнообразней и масштабней.
Об этом мне пришлось вспомнить как-то во время возвращения из отпуска.
Полет из Таиланда длился уже около двух с лишним часов, когда где-то над Индией самолет стал приближаться к сплошному грозовому фронту.
Впереди над уровнем сплошной облачности, находящейся где-то далеко внизу, километрах в 3-х ниже нашего эшелона в 10 880м (планшет с GPG-ГЛОНАСС не оставляет пассажиров в неведении относительно параметров полета ;)) появились характерной формы грозовые тучи, верхушками дотягивающиеся до нашего эшелона и даже местами превосходящие его по высоте.
Время от времени массив тучи по всему объему эффектно подсвечивался изнутри вспышкой молнии – что само по себе весьма впечатляющее зрелище.
Все это великолепие освещало заходящее солнце, расцвечивающее горизонт во все оттенки от ярко-багрового до черно-синего – и тут на фоне оранжевого неба я увидел голубовато-белую узкую вспышку, но не внутри облака, а направленную от самой его верхушки вертикально вверх, куда-то в синеющую стратосферу.
Вспышка была настолько короткой, что поначалу я даже подумал, что она мне почудилась.
Фоном для наблюдения джетов служило закатное небо
Вспышки в облаках следовали друг за другом – но уже далеко позади самолета. Примерно на 7-10 вспышек линейной молнии появлялся один голубой джет – зрелище воистину завораживающее…
Сообщения о непонятных явлениях, которые происходят в верхних слоях земной атмосферы, приходили давно. И только совсем недавно на них обратили внимание ученые. Летчики и космонавты, например, нередко видели какие-то субстанции, иногда напоминавшие живых существ. На доли секунды они появлялись в околоземном пространстве на высоте от 50 до 100 км.
Пилоты самолетов говорили о ночных «вспышках». Подтвердить эти факты удалось лишь в 70-е гг. XX в., а в начале нынешнего столетия их наконец запечатлели при помощи современной техники — аппаратуры, находившейся на борту орбитальных станций.
Снимки «спрайтов» впервые удалось получить летом 2005 г. в Колорадо: их фотографировали при помощи специальной камеры со скоростью 5 тыс. кадров в секунду. Специалисты Университета Аляски использовали более мощную аппаратуру (скорость съемки — 10 тыс. кадров в секунду). Она и помогла выявить, как на самом деле выглядят «спрайты». Оказалось, что они похожи на подпрыгивающие шары.
По словам Ганса Нельсена, «призраки» представляют собой яркие сгустки, напоминающие огромные шаровые молнии, которые летят со скоростью, равной одной десятой скорости света сначала вертикально вниз, а потом – вверх. Вероятно, они — результат химических соединений, воздействующих на атмосферные процессы. Ученые предполагают, что из-за них может меняться климат и разрушаться озоновый слой.
Спрайты над грозой в Канзасе 10 августа 2000, наблюдаемые в мезосфере на высоте 50-90км, как отклик на мощные удары молнии от тропосферных гроз. (Фото: Walter Lyons, FMA Research, Fort Collins, Colorado).
Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний – не более 16 километров). Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно довольно мало, поэтому крайне важны не только научные, но и любительские, но правильно организованные, наблюдения.
Несмотря на то, что спрайты существуют миллионы лет, они впервые были обнаружены и документально подтверждены лишь случайно в 1989. Прежде о ночных призраках регулярно докладывали пилоты. Но ученые не верили. Приравнивали их свидетельства к сообщениям об НЛО.
Эльфы вспыхивают огромным красноватым кольцом. Спрайты похожи на голубых медуз. Красные медузы, появляющиеся ниже спрайтов, это тайгеры.
Голубые джеты – самые низкоживущие из всех ионосферных обитателей – выглядят синими фонтанами.
Спрайты напоминают похожие природные явления, которые метеорологи и физики атмосферы прозвали «эльфы», «гоблины» и «тролли». Эти вспышки так называют потому, что они как бы «танцуют» в небе, это может объяснить некоторые из сообщений об НЛО.
Сегодня учёные продолжают изучать феномен, чтобы лучше понять его структуру. С помощью триангуляционного метода учёные смогли вычислить размеры спрайтов. Свечи их достигают 24 км в высоту, а скопление свечей – 72 км в ширину.
Голубой джет – явление достаточно редкое, в Сети удалось найти только одну его фотографию – жаль, что у меня не получилось его снять 😉
Впрочем, точная классификация высотных молний отсутствует, так что порой сложно отличить один вид от другого.
Так, считается, что область свечения «спрайтов» простирается до 85-90 километров над землей, «эльфы» появляются на высоте 70-90 километров, а «джеты» стартуют в верхней части облака и распространяются порой до мезосферных высот (до 90 километров) со скоростью около 100 км/с.
Видео из Интернета – высокоскоростная съемка джетов и спрайтов:
C МКС показали редкие молнии: синюю струю и эльфа (видео)
Вспышки молний сфотографировали недалеко от острова Нару в Тихом океане. В частности, на кадрах видна так называемая «синяя струя» — это молния особой формы, которая, как пишет Европейское космическое агентство, словно выстреливает вверх из грозовых облаков. Такие молнии могут достигать высоты 50 км в стратосфере, но при этом само явление длится недолго — менее секунды.
Кроме того, на видео показана вспышка, которая породила эльфов. Несмотря на фантастическое название, явление вполне реальное: эльфы представляют собой огромные, но слабо светящиеся вспышки-конусы, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Их диаметр достигает примерно 400 км.
Красивые явления удалось заснять с помощью набора оптических камер, фотометров и других приборов, установленных в обсерватории Европейского монитора атмосферно-космических взаимодействий (ASIM) на Международной космической станции. В источнике говорится, что на молнии смотрели с высоты 400 км.
По словам ученых, полученные кадры помогут в изучении особенностей погоды на Земле. Наблюдения дают ключ к разгадке того, как молнии возникают в облаках. Исследователи также считают, что подобные молнии могут влиять на концентрацию парниковых газов в атмосфере Земли, но пока это лишь предположение, которое будут подробно рассматривать в будущем.
Посмотрите, как с высоты МКС выглядят российские города. Возможно, среди них есть ваш город:
В чем секрет синих джетов и молний на границе атмосферы и космоса
Линейные молнии хорошо изучены и имеют четкое научное объяснение. Как известно, все они формируются в нижних слоях атмосферы на высоте 12-16 км. Однако долгое время от пилотов самолетов поступали сообщения о кратковременных световых явлениях в верхних слоях атмосферы на высоте 30, 50 и даже 100 км, там, где обычных линейных молний быть не может. Поначалу ученые таким свидетельствам не предавали значения, а сами явления считали скорее мифическими, чем реальными. Но долго их игнорировать не получилось, так как впоследствии существование феномена было доказано и даже зафиксировано на фото. Несколько лет назад датскому астронавту удалось сфотографировать с борта международной космической станции даже одно из самых редких таких явлений. Все они представляют собой электрические разряды, то есть молнии, которые принято называть высотными. В зависимости от внешнего вида их классифицировали, выделив несколько основных типов — джеты, спрайты, эльфы и др. Более того, природу происхождения некоторых из них ученым удалось выяснить.
Синий джет — молния, которая бьет из грозового облака вертикально вверх
Высотные молнии — какие бывают и чем отличаются
Чаще всего в СМИ можно услышать о красных спрайтах, так как они являются наиболее распространенным явлением. Впервые их удалось зафиксировать на фото в 2005 году. Ученые их описывают как яркие сгустки, похожие на шаровые молнии, которые сначала с огромной скоростью летят вниз, а затем поднимаются вертикально вверх. Скорость их движения составляет одну десятую от скорости света.
Спрайты возникают на высоте 50 км над уровнем моря и выше
Также существуют эльфы, которые человеческим глазом практически неразличимы. Они представляют собой слабые вспышки конусообразной формы. Но, самые загадочные молнии — это синие джеты. Именно это явление удалось зафиксировать датскому космонавту. О его существовании ученые узнали сравнительно недавно — только в 1995 году. Голубой джет бьет вертикально вверх, а его длина может достигать 60 км.
Синий джет — откуда он берется
Синие джеты самые близкие к земле молнии. Они возникают там же, где и обычные линейные, то есть в грозовых облаках, только образуются не в нижней их границе, а в верхней кромке. Длительность таких разрядов составляет несколько десятков микросекунд.
После разряда сразу же возникает короткий яркий отрезок, который аналогично линейным молниям назвали лидером. Бывает, что молния завершается просто вспышкой лидера, особенно, когда формируется на небольшой высоте. Но, чаще всего, как отмечают ученые, от стримера вертикально вверх распространяются струи, или стримеры. Они пронизывают всю стратосферу.
Синие джеты возникают по тем же причинам, что и линейные молнии
Для изучения этих молний в 2018 году на модуль “Коламбус” международной космической станции было установлено специальное оборудование. Оно включало в себя оптические камеры, фотометры, а также субмиллиметровый спектрометр повышенной чувствительности и детекторы, фиксирующие рентгеновское и гамма-излучение. В результате ученым спустя год удалось зафиксировать синие джеты, которые образовались в грозовом облаке над Тихим океаном.
Зафиксированный джет достиг стратопаузы — то есть слоя, расположенного на границе между стратосферой и мезосферой. Он находится на высоте примерно 50 километров. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. В них говорится, что голубые струи появляются по причине электрического пробоя, который возникает между зарядом, расположенным в верхней части грозового облака, и слоем воздуха над ним, который имеет отрицательный разряд. То есть они возникают в результате тех же процессов, которые приводят к появлению обычных молний. Синий цвет джетов, как считают ученые, объясняется ионизацией молекул азота.
Еще больше информации о самых загадочных природных явлениях вы найдете на нашем Telegram-канале
Эльф, спрайт — молнии в самых верхних слоях атмосферы
Еще выше, на высоте от 50 до 80 км возникают разряды холодной плазмы, обладающие характерным красным цветом — это так называемые спрайты. Они появляются спустя доли секунд после удара мощной молнии. Как было сказано выше, спрайты распространяются вверх и вниз. Так как вещество в них не нагревается до сверхвысоких температур, они напоминают холодные вспышки плазмы.
Эльфы возникают на высоте около 100 км и с Земли напоминают НЛО
Как правило, на границе мезосферы и ионосферы они расходятся кольцами красного света диаметром сотни километров, которые называют эльфами. Они обычно появляются над мощными ураганами на высоте около 100 км от уровня моря. Ученые предполагают, что эльфы светятся в результате излучения возбужденных молекул азота. Заряжают их электроны, ускорившиеся в результате грозы.
Кроме того, в верхних слоях атмосферы существует множество других малоизученных молний. Как сообщают специалисты, все они являются электрически индуцированными видами светящейся плазмы. С Земли их заметить и тем более изучить практически невозможно, так как во время грозы они спрятаны за облаками. Поэтому первую полноценную информацию о них удалось получить только с орбиты.
Наблюдения за джетами, эльфами и прочими высотными молниями продолжаются. Результаты исследований мы будет публиковать на нашем Яндекс.Дзен-канале.