Спрайты, эльфы и синие струи
Редкие фотографии молний в мезосфере
У нас над головой, в атмосфере Земли, происходят удивительные явления, многие из которых люди обнаружили совсем недавно. Лишь в конце XIX века были открыты серебристые облака. И только 30 лет назад впервые удалось сфотографировать фантастически красивые «высотные молнии», место обитания которых — мезосфера Земли. Предлагаем вам посмотреть на спрайты, эльфы и синие струи в нашей галерее.
В последние 20 лет электрические разряды в верхней атмосфере и сопутствующее излучение в разных диапазонах стали пристально изучаться. Для их исследования устанавливают специальные камеры в горах или на орбитальных спутниках.
Большинство из этих процессов наблюдается в мезосфере, третьем от поверхности планеты слоев атмосферы. В зависимости от широты и времени года границы этой области меняются, но она начинается на высоте около 50–65 километров и заканчивается на высоте 85–100 километров от поверхности земли. В то же время высота появления обычных молний обычно не превышает 16 километров.
Исторически первым изученным подобным феноменом являются спрайты. Они представляют собой электрические разряды, бьющие вверх над грозами или кучево-дождевыми облаками. Спрайты выглядят как вспышки оранжево-красного сияния, у которых часто можно выделить основную часть, «ствол», и многочисленные ответвления.
Существуют отдельные свидетельства очевидцев, описывающих подобные явления как минимум с конца XIX века. В начале XX существование таких разрядов предполагалось теоретически. Однако только в июле 1989 появились фотографические подтверждения феномену — их получили ученые из Университета Миннесоты. С тех пор спрайты регулярно фиксируются как учеными, так и любителями и даже космонавтами с борта МКС.
Спрайты нередко ошибочно относят к высотным молниям, но в них не происходит нагревания вещества до характерных для настоящих молний температур. Спрайты больше похожи на разряды в люминесцентных лампах, их можно отнести к связанному с холодной плазмой явлению.
Часто вместе со спрайтами наблюдается другое явление, получившее название «эльфы» (ELVES, Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources — «излучение света и очень низкочастотные возмущения из-за импульса от электромагнитного источника»). Они выглядят как быстро расширяющиеся дискообразные области красноватого свечения, которые могут достигать сотен километров в поперечнике.
Как правило, эльфы возникают на высотах порядка 100 километров над мощными штормами и длятся всего несколько миллисекунд. Считается, что механизм их свечения связан с излучением возбужденных молекул азота, которые получают энергию от электронов, ускорившихся из-за разрядов в нижележащем шторме.
Связь эльфов со спрайтами до конца не ясна. Более того, спрайтам иногда на несколько миллисекунд предшествует красноватое гало, которое часто путают с эльфами. Гало также обладает дискообразной формой, но их взаимосвязь со спрайтами установлена более надежно.
Еще один феномен — синие струи (blue jets). Они выглядят как исходящие из наиболее активных центров грозовых облаков светящиеся потоки. По мере распространения вверх они постепенно расширяются с углом раствора порядка 15 градусов. Их свечение постепенно сходит на нет на высоте около 40—50 километров.
Синие струи намного ярче спрайтов, обладают другим цветом, но наблюдаются значительно реже. Ранее считалось, что они не связаны напрямую с обычными тропосферными молниями, но сегодня ученые склоняются в сторону существования подобной зависимости.
Кирилл Игамбердиев
Тимур Кешелава
У этих величин нашлась геометрическая и динамическая интерпретация
Физики научились сопоставлять электромагнитным волнам системы материальных точек, механические параметры которых численно совпадают с характеристиками исходной волны: степенью поляризации и мерой квантовой запутанности. При этом соотношение, которое связывает эти две величины, на языке механической аналогии сводится к теореме Пифагора. Статья опубликована в Physical Review Research.