Před 20 lety, v noci z 5. – 6. Července 1989, se v historii průzkumu planety Země uskutečnila důležitá událost. John Randolph Winkler, vysloužilý profesor a 73letý veterán NASA, namířil videokameru s vysokou citlivostí na bouřkové mraky a poté při pohledu na záznamový snímek po snímku objevil dva jasné záblesky, které na rozdíl od blesku neklesly na zem, ale nahoru ionosféra. Objevili se tak skřítci - největší výboje ve výškách v zemské atmosféře. Jasně potvrdili existenci globálního elektrického obvodu na naší planetě a poskytli nové příležitosti pro jeho studium.
Pojďme se o tom dozvědět více …
Vypouštění zaznamenané Johnem Winklerem začalo z výšky 14 kilometrů a jejich rozměry byly více než 20 kilometrů. Mechanismus vedoucí k jejich vzhledu byl nejasný a bylo třeba hodně vědecké odvahy oznámit elektrický výboj stoupající z hranic troposféry do takové výšky.
Aby získal přesvědčivější důkazy, nadšený Winkler čekal, až hurikán Hugo zasáhne Minnesotu, a v noci z 22. na 23. září znovu zaznamenal mnoho podobných výbojů ve výškách nad bouřkami na videu. Je zajímavé, že tento výzkum formálně vedl jako amatér, protože nebyl zahrnut do žádných vědeckých programů. Winkler však samozřejmě nebyl amatér a jednal rozhodně, jako člověk, který si jasně uvědomuje své poslání. Od své dosavadní práce v NASA má vadnou vysokorychlostní videokameru. Přesvědčil děkana katedry fyziky na Minnesotské univerzitě, aby na jeho opravu vyčlenil 7 000 $ a nainstaloval vybavení pro analýzu záznamů v jeho domě.
Jedinečné záběry z obří vypouštěly Winklera, až ho to potěšilo. Co když takový výboj zasáhne letadlo? A vědec se obrátil na své kolegy z NASA s varováním. Začali pochybovat. Jaké jsou výboje? Ale bez ohledu na Winklerovu minulost se podívali na záznamy kosmických letů. A nemohli uvěřit svým očím: na filmech bylo nalezeno více než tucet takových výbojů. Winkler má pravdu. Jako odborník přivedl věc k logickému závěru - publikace v předních vědeckých časopisech Geofyzikální výzkumné dopisy (1989) a Věda (1990).
Propagační video:
Články doslova šokovaly odborníky v oblasti astronomie, atmosférické elektřiny, radiofyziky, atmosférické akustiky, fyziky plynových výbojů a letecké bezpečnosti. Po těchto publikacích už NASA nemohla pokrýt možnou hrozbu pro kosmickou loď a zahájila podrobnou studii výbojů ve vysokých nadmořských výškách. Během tří let přípravy na tuto práci byl Winkler opakovaně konzultován, ale nikdy nebyl zahrnut do samotného programu.
Úplně první noc pozorování, 7. července 1993, na vědecké stanici poblíž Fort Collins (Colorado), překvapení vědci zaznamenali více než 240 výbojů ve výškách. Následující noc byla na palubě letadla DC-8 nasazena specializovaná létající laboratoř, která vyloučila chybu při určování výšky. Výsledky překonaly všechna očekávání: ve výškách nejméně 50–60 kilometrů byly zjištěny obrovské vzplanutí. Na počest neklidného Pak z Shakespearova „Sen noci svatojánské“dostali jméno skřítci, tj. Duchové vzduchu. Přirozeně se objevila otázka: Proč nevěděli o těchto výbojích dříve, pokud každá silná bouřka způsobí desítky?
Analýza literatury ukázala, že za stovky let mnoho lidí vidělo neobvyklé a velmi velké výboje nad mraky. Říkali se jim raketové blesky, zatažené stratosférické výboje, stoupající blesky a dokonce blesky typu cloud-to-space. Ale bez spolehlivých důkazů byly podivné zprávy očitých svědků jednoduše ignorovány. Dokonce propustili tak známého a vyznamenaného specialistu v oblasti atmosférické elektřiny, jako je laureát Nobelovy ceny Charles Thomson Wilson, který o podobném jevu psal ve svém článku již v roce 1956. Trvalo to smysl, zkušenost, vytrvalost a nebojácnost profesora Johna Winklera, takže „to nemůže být“velmi rychle změněno na „, ale kdo to neví”. Nyní můžete na mnoha videích na internetu tyto kategorie podrobně prozkoumat.
John Winkler zemřel v roce 2001. Na výškových stupních nedělal více práce, i když je těžké uvěřit, že nechtěl - po takovém a takovém úspěchu. Jeho publikace ve vědě byla pravidelně zmiňována, ale zřejmě nebyla zahrnuta do projektů. Nekrolog napsaný jeho kolegy ukazuje na něj odpor. Ale marně. Červené a fialové skřítci jsou pozdravováni Johnovi Randolphovi Winklerovi každý den, protože učil lidi je vidět.
Brzy vědci objevili celou světelnou show, která se odehrávala v horní atmosféře nad hlavními bouřkami. Hlavní aktéři v ní (v pořadí zdola nahoru): modré trysky, které se někdy nazývají gnomy (protože jsou dole), uprostřed jsou červeno-fialové skřítci a halo, a nad nimi jsou načervenalé prsteny - elfové vznášející se ve výšce. Ale samozřejmě nesmíme zapomenout na režiséra za velkolepým výkonem - to jsou známé bouřkové mraky a blesky. Ve skutečnosti, není to dávno, kdy byla skupina více početná, ale vědci se postupně zbavili duchů, medúzy (některé druhy skřítků) a dalších zvučných „živých tvorů“.
Je třeba poznamenat, že cvičení v krásných jménech nejsou jen zábavná ve stylu „fyzického žertování“, jak by se mohlo na první pohled zdát. Stejně jako ve výstavním průmyslu i ve vědě hraje podpora myšlenek a trendů důležitou roli, protože tu a tam je boj o zdroje. Oblast vědy, kterou slyší veřejnost, je obvykle financována z větší části. Vzpomeňte si alespoň na nanotechnologie, o nichž všichni mluví, ale nikdo nedokáže skutečně vysvětlit, o co jde a proč je třeba tam nasměrovat tolik peněz. Vraťme se však k našemu představení a představíme každého podrobněji nejuznávanějšímu publiku.
Elfové jsou nejchytřejší a nejkratší v rodině ve výškách. Tyto zářící červeno-fialové kruhy se objevují v dolní ionosféře ve výškách 80 až 100 kilometrů. Za méně než milisekundu se záře, objevující se ve středu, rozšíří na 300 až 400 kilometrů a mizí. Elfové nebyli podrobně studováni, pravděpodobně proto, že nezpůsobují příliš kontroverzi a neslibují vážný pokrok v chápání povahy atmosférických výbojů. Narodili se tři desetitisíce sekundy (300 mikrosekund) po silném úderu blesku z bouřky do země. Jeho kmen se stává „vysílací anténou“, ze které začíná rychlostí světla silná sférická elektromagnetická vlna velmi nízké frekvence. Za 300 mikrosekund se jen dostane do nadmořské výšky 100 kilometrů, kde vzrušuje červenofialovou záři molekul dusíku. Čím dále vlna jdečím širší prsten se stane, dokud nezmizí od zdroje.
Modré trysky neboli trpaslíci jsou nejzáhadnější, vzácné a obtížně pozorovatelné bytosti v souboru nových výbojů ve výškách. Gnome vypadá jako modrý úzký obrácený kužel, začínající od horního okraje bouřky a někdy dosahující výšky až 40 kilometrů. Rychlost šíření modrých trysek je od 10 do 100 km / s. Nejpodivnější je však to, že jejich vzhled není vždy spojen s viditelnými údery blesku. Ve výškách, ze kterých jsou trysky vypouštěny, je tlak stále relativně vysoký a není divu, že jsou modré. Takto svítí blesk, koronový výboj na vodičích, jiskřící výboj a dokonce i plameny při vysokých teplotách. To je také záře molekul dusíku, ale ne v červeno-fialovém pruhu, jako v případě elfů, ale v ultrafialové modři.
Kromě běžných trysek se od horního okraje cloudu někdy rozpadají tzv. Modré předkrmy. Nezvyšují se nad 30 kilometrů. Někteří vědci se domnívají, že se jedná pouze o blesk směřující vzhůru do oblasti, kde tlak rychle klesá, a proto se startéry rozšiřují mnohem více než konvenční blesky. Jiní je považují za nedostatečně vyvinuté trysky.
Ale nejzajímavějším typem modrých trysek byly tzv. Obří trysky. Začínají kousek od povrchu Země a dosahují výšky 90 kilometrů. Zájem geofyziků o obří trysky odpovídat jejich velikosti, protože tyto výboje dělají „nepřetržitý let“z troposféry přímo do ionosféry. Jsou však mimořádně vzácné a spolehlivě byly zaznamenány více než tucetkrát. Zároveň žijí zlomek vteřiny, což jim v zásadě umožňuje pozorovat pouhým okem.
Teorie proudů dělá pouze své první kroky. Není ještě jasné, jak tento jev vypadá. Pokud jsou svou povahou blízké světelnému kanálu blesku ve vývojové fázi, je zřejmé, proč narození paprsku není spojeno s bleskem: je to samo o sobě blesk. Ale možná, užší analogie je výboj uvnitř bouřky, která dodává energii kanálu blesku. V tomto případě bude ještě obtížnější pochopit povahu trysek, protože teorie takových výbojů je v rané fázi vývoje.
Největší počet pozorování a publikací je věnován červeným skřítkům. Toto jsou skutečné popové hvězdy mezi atmosférickými výboji ve výškách. Někdy se zdá, že zájem o ně je stejně přehřátý jako u populárních zpěváků. Proč si zasloužili takovou pozornost? Jde o to, že jsou snadno pozorovatelné (pokud samozřejmě víte, že je to možné). Každý den se na celém světě rodí desítky tisíc skřítků a je úžasné, že si jich tak dlouho nevšimli.
Sprite jsou velmi jasné objemové světlice, které se vyskytují v nadmořské výšce 70 až 90 kilometrů a klesají 30 až 40 kilometrů a někdy i více. V horní části jejich šířka někdy dosahuje desítek kilometrů. Toto jsou nejrozsáhlejší výboje ve výškách. Stejně jako skřítci, skřítci úzce souvisí s blesky, ale ne všichni. Většina úderů blesku z negativně nabité části mraku (v průměru je to blíže k zemi). Ale 10% blesku dopadajícího na zem začíná z oblasti kladného náboje a protože hlavní oblast umístění kladného náboje je větší než záporná, je pozitivní blesk silnější. Předpokládá se, že takové silné výboje vytvářejí skvrny, které v mezosféře blikají asi stotinu sekundy po výboji z mračna na Zemi.
Červeno-fialová barva skřítků, stejně jako skřítků, je spojena s atmosférickým dusíkem. Horní část sprite svítí rovnoměrně, ale pod 70 kilometrů se výboj zdá být tkaný z kanálů tlustých stovek metrů. Jejich struktura je nejzajímavějším rysem sprites ke studiu. Kanály se nazývají fáborky analogicky s dobře známými výboji jehly na ostrých hranách objektů v bouřkách a na vodičích vysokého napětí. Je pravda, že tloušťka pozemních stuh je řádově milimetr a ve skřítcích jsou 100 000krát větší. Dosud není jasné, proč se průměr streamerů zvyšuje tolik - mnohem rychleji, než se tlak vzduchu s výškou snižuje.
Svítidlo je jednotná červeno-fialová záře ve výšce asi 80 kilometrů. Důvod pro výboj je zřejmě stejný jako pro vrchol skřítků, ale na rozdíl od nich se halo vždy objevuje přímo nad bleskem. Sprite si dovolují být někde na boku. Zdá se, že existuje určitá souvislost mezi skřítci a svatozáří, ale mechanismus je stále nejasný. Objevují se někdy společně, někdy zvlášť. Možná, že halo je horní část skřítků, když síla elektrického pole nestačila k šíření výboje do hustšího spodního vzduchu.
Podle Geografické mapy bouřek mají obyvatelé rovníkové a tropické zóny Země největší šance na vidění skřítků. V této oblasti se vyskytuje až 78% všech bouřek. Obyvatelé Ruska mohou také pozorovat skřítky. Vrchol bouřek u nás klesá v červenci až srpnu. Právě v této době mohou milovníci astronomie vidět tak krásný jev, jako jsou skřítci.
Podle americké příručky American Sprite and Giant Jet Observing Handbook musí být pozorovatel ve vzdálenosti přibližně 100 kilometrů od epicentru bouřky, aby viděl přízraky. Aby pozoroval trysky, měl by zaměřit svou optiku 30-35 stupňů směrem k oblasti bouřek. Poté bude schopen pozorovat část ionosféry v nadmořské výšce až 50 kilometrů, právě v této oblasti se trysky objevují nejčastěji. Chcete-li pozorovat skřítky, měli byste zaměřit dalekohled pod úhlem 45 - 50 stupňů, který bude odpovídat oblasti oblohy v nadmořské výšce asi 80 km - místo, kde se rodí skřítci.
Pro lepší a podrobnější studium spritů, trysek a ještě více elfů je pro pozorovatele lepší použít speciální vybavení kina, které umožní podrobně zaznamenat nebeské světlice. Nejlepší čas na lov spritů v Rusku je od poloviny července do poloviny srpna.
Sprite, jako blesk, se nacházejí nejen na Zemi, ale také na jiných planetách sluneční soustavy. Pravděpodobně to byli skřítci, kteří byli zaznamenáni vesmírnými výzkumnými vozidly během bouří na Venuši, Saturn a Jupiteru.
Sprite a elfové se objevují v tak vysokých nadmořských výškách kvůli silné ionizaci vzduchu galaktickým prachem. V nadmořské výšce přes 80 kilometrů je vodivost proudu deset miliardkrát vyšší než v povrchových vrstvách atmosféry.
Jméno „skřítci“pochází ze jména lesních duchů uvedených v komedii Williama Shakespearea „Sen noci svatojánské“.
Sprite bylo lidstvu známo dlouho před rokem 1989. Lidé vyjádřili různé hypotézy o povaze tohoto jevu, včetně skutečnosti, že záblesky světla jsou mimozemské kosmické lodě. Až poté, co John Winkler dokázal zachytit snímky iontů v ionosféře, vědci dokázali, že jsou elektrického původu.
Barva skřítků, trysek a elfů se liší v závislosti na výšce, ve které se objevují. Faktem je, že více vzduchu je koncentrováno v atmosféře blízké Zemi, zatímco v horních vrstvách ionosféry je pozorována vysoká koncentrace dusíku. Vzduch hoří modrým a bílým plamenem, dusík - červený. Z tohoto důvodu jsou trysky pod sprity převážně modré, zatímco samotné skřítci a vyšší elfové jsou načervenalí.
A zde je video velmi vzácného jevu - stoupajícího blesku: