Чарльз Вильсон
Джон Уинклер
До недавнего времени считалось, что электрические грозовые разряды происходят только в пределах тропосферы, т. е. на высотах не более примерно 15 км. Этими разрядами являются линейные молнии (нисходящие, восходящие, внутриоблачные и межоблачные), а также загадочные шаровые молнии.
Правда, еще в 1956 г. нобелевский лауреат Чарльз Вильсон предположил существование электрических разрядов на высотах в несколько десятков километров. Однако ему тогда не поверили. Но вот в июле 1989 г. американский исследователь Джон Уинклер направил на грозовые облака высокоскоростную видеокамеру и затем стал просматривать полученные снимки кадр за кадром. К большому своему удивлению, он обнаружил на двух кадрах красноватые вспышки высоко над облаками. В сентябре Уинлер во время урагана Хьюго повторил наблюдения и записал на видеокамеру несколько подобных вспышек над грозовыми облаками.
Так были открыты спрайты — высотные грозовые разряды, происходящие в мезосфере, т. е. на высотах от 50 до 90 км (sprite в переводе с английского означает фея).
Чарльз Вильсон
Джон Уинклер
Опасаясь, что высотные разряды могут ударять в летательные аппараты, Уинклер обратился с предупреждением к своим коллегам из НАСА (Национального управления США по аэронавтике и исследованиям космического пространства).
В начале 90-х гг. шатлы зарегистрировали большое число высотных разрядов в мезосфере. Начались серьезные исследования этих разрядов и их связи с происходящими в тропосфере грозами. Наблюдения велись из космоса (со спутников и космических кораблей), с самолетов, с земной поверхности.
Оказалось, что разряды в мезосфере — отнюдь не редкие, а скорее, рядовые явления.
Оказалось также, что существуют разные виды высотных разрядов — одни в мезосфере, другие — в стратосфере.
Свечение первых возникает на больших высотах и распространяется вниз, тогда как свечение вторых, возникая на вершинах тропосферных грозовых облаков, распространяется вверх.
Почему высотные разряды были обнаружены лишь в конце двадцатого века?
Тому есть две причины
Во-первых, эти разряды закрыты от наземного наблюдателя тучами.
Во-вторых, заоблачные вспышки являются кратковременными (длятся не более 0,1 с), не очень яркими и фактически бесшумными. Чтобы их наблюдать, требуются высокоскоростные и высокочувствительные видеокамеры, а такие приборы появились лишь в конце XX в. Недаром ученые дали высотным разрядам общее название — транзиентные явления (transient), что можно перевести на русский язык как мимолетные явления.
На рисунке представлено сборное фотоизображение различных высотных свечений: спрайтов, эльфов, джетов (синих струй) с учетом высот, на которых они образуются.
- Свечение спрайта обычно возникает на высоте 70—90 км в виде размытого пятна, от которого вниз до высоты 40—50 км распространяются со скоростью около 107 м/с постепенно сужающиеся и ветвящиеся каналы.
- Продолжительность «жизни» спрайта — от десяти до ста миллисекунд (0,01—0,1 с).
-Спрайты имеют красный цвет; он обусловлен высвечиванием молекул азота, возбужденных ударами быстрых электронов в разряде.
- Спрайты довольно часто появляются группами.
На приведенном рисунке можно рассмотреть три спрайта, из которых один является сложным, состоящим из набора нескольких тесно расположенных одиночных спрайтов. Обнаружены круговые структуры спрайтов, похожие на свечи в торте именинника. Эти «свечи» достигают 30 км в высоту, а их скопление имеет 70—80 км в горизонтальном направлении.
Над группой спрайтов на высоте около 100 км вспыхивает тусклое темно-красное кольцо толщиной 10—20 км. Оно очень быстро расширяется в горизонтальной плоскости до диаметра 300—500 км и угасает. Это кольцо назвали эльфом. Замечено, что эльф возникает непосредственно перед появлением группы спрайтов.
Независимо от спрайтов и сопутствующих им эльфов вспыхивают и распространяются вверх от верхушек высоко расположенных тропосферных грозовых облаков джеты (синие струи) светло-синего или голубого цвета. Они распространяются со скоростью до 105 м/с и достигают высоты 40—50 км. Протяженность джета в высоту
составляет 20—30 км; он имеет форму узкого перевернутого конуса, размеры поперечника которого возрастают от нескольких десятков метров в нижней части до нескольких километров в верхней части. Продолжительность существования джета может достигать секунды. Если свечение спрайтов распространяется вниз (от ионосферы к
тропосфере), то свечение джетов, напротив, распространяется вверх (от тропосферы к ионосфере).
