20 tahun yang lalu, pada malam 5-6 Julai 1989, peristiwa penting berlaku dalam sejarah penerokaan planet Bumi. John Randolph Winkler, seorang profesor yang telah bersara dan seorang veteran NASA yang berusia 73 tahun, mengarahkan kamera video dengan kepekaan tinggi di awan ribut, dan kemudian, melihat bingkai rakaman demi bingkai, menemui dua kilatan terang, yang, tidak seperti kilat, tidak turun ke tanah, tetapi, hingga, ionosfera. Oleh itu, sprite ditemui - pembuangan ketinggian tertinggi di atmosfera Bumi. Mereka dengan jelas mengesahkan adanya litar elektrik global di planet kita dan memberikan peluang baru untuk kajiannya.
Mari mengetahui lebih lanjut mengenai perkara ini …
Pelepasan yang dicatatkan oleh John Winkler bermula dari ketinggian 14 kilometer, dan dimensinya lebih dari 20 kilometer. Mekanisme yang menyebabkan penampilan mereka tidak jelas, dan memerlukan banyak keberanian ilmiah untuk mengumumkan pelepasan elektrik yang meningkat dari sempadan troposfer ke ketinggian seperti itu.
Untuk mendapatkan bukti yang lebih meyakinkan, Winkler yang bersemangat menunggu sehingga Badai Hugo melanda Minnesota dan pada 22-23 September malam sekali lagi merakam banyak pelepasan ketinggian yang serupa di atas ribut petir dalam video. Menariknya, dia secara formal melakukan penelitian ini sebagai seorang amatir, kerana tidak termasuk dalam program ilmiah. Tetapi Winkler, tentu saja, bukan seorang amatur dan bertindak tegas, seperti seorang lelaki yang menyedari misinya. Dari pekerjaannya yang lalu di NASA, dia mempunyai kamera video berkelajuan tinggi yang rosak. Dia meyakinkan dekan jabatan fizik di University of Minnesota untuk memperuntukkan $ 7,000 untuk membaikinya dan memasang peralatan untuk menganalisis rekod di rumahnya.
Rakaman unik dari raksasa itu membuat Winkler ketakutan kerana membuatnya gembira. Bagaimana jika pelepasan seperti itu melanda pesawat? Dan saintis itu berpaling kepada rakan-rakannya dari NASA dengan peringatan. Mereka mula ragu-ragu. Apakah pelepasannya? Tetapi kerana menghormati masa lalu, Winkler berjanji untuk mengkaji semula rakaman yang dibuat semasa penerbangan ulang-alik angkasa. Dan mereka tidak dapat mempercayai mata mereka: lebih daripada selusin pelepasan seperti itu terdapat pada filem-filem tersebut. Winkler betul. Sebagai seorang profesional, dia membawa perkara itu ke kesimpulan logik - penerbitan dalam jurnal ilmiah terkemuka Geophysical Research Letters (1989) dan Science (1990).
Video promosi:
Artikel itu benar-benar mengejutkan pakar dalam astronomi, elektrik atmosfera, radiofizik, akustik atmosfera, fizik pelepasan gas dan keselamatan aeroangkasa. Selepas penerbitan ini, NASA tidak lagi dapat menghilangkan kemungkinan ancaman terhadap kapal angkasa dan memulakan kajian terperinci mengenai pelepasan ketinggian tinggi. Selama tiga tahun persiapan untuk kerja ini, Winkler berulang kali berkonsultasi, tetapi tidak pernah dimasukkan dalam program itu sendiri.
Pada malam pertama pemerhatian, 7 Julai 1993, di sebuah stesen ilmiah berhampiran Fort Collins (Colorado), para penyelidik yang mengejutkan mencatatkan lebih daripada 240 pelepasan ketinggian. Malam berikutnya, sebuah makmal terbang khusus di atas pesawat DC-8 dikerahkan untuk menyingkirkan kesalahan dalam penentuan ketinggian. Hasilnya melebihi semua jangkaan: suar besar dikesan pada ketinggian sekurang-kurangnya 50-60 kilometer. Untuk menghormati Pak yang gelisah dari "Impian Malam Musim Panas" milik Shakespeare, mereka diberi nama sprite, yakni roh udara. Secara semula jadi, timbul persoalan: mengapa mereka tidak tahu mengenai pelepasan ini sebelumnya, jika setiap depan ribut petir yang kuat menghasilkan puluhan?
Analisis literatur menunjukkan bahawa selama beratus-ratus tahun banyak orang melihat pelepasan luar biasa dan sangat besar di atas awan. Mereka disebut petir roket, pelepasan stratosfera mendung, kilat naik dan juga petir awan ke ruang. Tetapi dengan tidak adanya bukti yang boleh dipercayai, laporan saksi mata aneh tidak diendahkan. Mereka bahkan menyingkirkan pakar yang terkenal dan terhormat dalam bidang elektrik atmosfera seperti pemenang Nobel Charles Thomson Wilson, yang menulis mengenai fenomena serupa dalam artikelnya pada tahun 1956. Ia memerlukan bakat, pengalaman, ketekunan dan ketakutan dari Profesor John Winkler, sehingga "ini tidak dapat" dengan cepat berubah menjadi "tetapi siapa yang tidak mengetahui hal ini." Sekarang, di banyak video di Internet, anda dapat memeriksa kategori ini secara terperinci.
John Winkler meninggal pada tahun 2001. Dia tidak melakukan lebih banyak pekerjaan pada gred ketinggian tinggi, walaupun sukar untuk mempercayai bahawa dia tidak mahu - setelah kejayaan itu. Penerbitannya dalam Sains selalu disebut, tetapi nampaknya tidak termasuk dalam projek. Berita kematian yang ditulis oleh rakan-rakannya menunjukkan kebencian kepadanya. Tetapi sia-sia. Sprite merah dan ungu memberi salam kepada John Randolph Winkler setiap hari kerana dia mengajar orang untuk melihatnya.
Tidak lama kemudian, para penyelidik menemui pertunjukan cahaya keseluruhan di atmosfer atas di atas ribut petir. Pelaku utama di dalamnya (mengikut urutan dari bawah ke atas): jet biru, yang kadang-kadang disebut gnomes (kerana mereka berada di bahagian bawah), di tengahnya adalah sprite merah-ungu dan lingkaran cahaya, dan di atasnya terdapat cincin kemerahan - elf melayang di ketinggian. Tetapi, tentu saja, kita tidak boleh melupakan pengarah di sebalik persembahan megah - ini adalah awan ribut dan kilat yang terkenal. Sebenarnya, tidak lama dahulu rombongan itu lebih banyak, tetapi para penyelidik secara beransur-ansur menyingkirkan roh, ubur-ubur (beberapa jenis sprite) dan "makhluk hidup" yang lain.
Harus diingat bahawa latihan dengan nama yang indah tidak hanya menyeronokkan dalam gaya "bercanda fizik", seperti yang kelihatannya pada pandangan pertama. Seperti dalam perniagaan pertunjukan, dalam sains, promosi idea dan tren memainkan peranan penting, kerana di sana sini ada perjuangan mencari sumber. Bidang sains yang didengar oleh orang ramai biasanya dibiayai dengan lebih murah hati. Ingat sekurang-kurangnya nanoteknologi, yang dibincangkan oleh semua orang, tetapi tidak ada yang benar-benar dapat menjelaskan apa itu dan mengapa begitu banyak wang perlu diarahkan ke sana. Tetapi mari kita kembali ke prestasi kita dan memperkenalkan semua orang dengan lebih terperinci kepada penonton yang paling dihormati.
Elf adalah yang paling singkat dan berumur pendek dalam keluarga ketinggian. Cincin merah-ungu yang bersinar ini muncul di ionosfera bawah pada ketinggian 80-100 kilometer. Dalam waktu kurang dari satu milisaat, cahaya, yang muncul di tengah, meluas hingga 300-400 kilometer dan memudar. Orang-orang bunian belum dikaji secara terperinci, mungkin kerana tidak menimbulkan banyak kontroversi dan tidak menjanjikan kemajuan yang serius dalam memahami sifat pelepasan atmosfera. Mereka dilahirkan tiga seperseribu saat (300 mikrodetik) setelah petir yang kuat menyambar dari ribut petir ke tanah. Batangnya menjadi "antena pemancar", dari mana gelombang elektromagnetik sfera kuat dengan frekuensi yang sangat rendah bermula pada kelajuan cahaya. Dalam 300 mikrodetik, ia hanya mencapai ketinggian 100 kilometer, di mana ia membangkitkan cahaya molekul nitrogen merah-ungu. Semakin jauh gelombang berjalancincin yang lebih lebar menjadi, sehingga pudar dari sumbernya.
Jet biru, atau gnome, adalah makhluk yang paling misterius, jarang dan sukar untuk dilihat dalam kumpulan pelepasan ketinggian tinggi yang baru. Gnome itu kelihatan seperti kerucut biru terbalik yang sempit, bermula dari tepi atas ribut petir dan kadang-kadang mencapai ketinggian 40 kilometer. Kelajuan penyebaran jet biru adalah dari 10 hingga 100 km / s. Tetapi yang paling pelik ialah penampilan mereka tidak selalu dikaitkan dengan serangan kilat yang dapat dilihat. Pada ketinggian dari mana jet dilancarkan, tekanan masih relatif tinggi, dan tidak menghairankan bahawa mereka berwarna biru. Beginilah kilat, pelepasan korona pada wayar, pelepasan percikan api dan bahkan api suhu tinggi bersinar. Ini juga cahaya molekul nitrogen, tetapi tidak pada jalur merah-ungu, seperti pada bunian, tetapi pada sinar ultraviolet-biru.
Sebagai tambahan kepada jet biasa, pemula biru yang disebut kadang-kadang pecah dari pinggir atas awan. Mereka tidak naik melebihi 30 kilometer. Beberapa saintis percaya bahawa ini hanyalah petir yang menuju ke kawasan di mana tekanan turun dengan cepat, dan oleh itu pemula mengembang jauh lebih banyak daripada kilat konvensional. Yang lain menganggapnya sebagai jet yang kurang maju.
Tetapi jenis jet biru yang paling menarik telah disebut jet raksasa. Bermula tidak terlalu jauh dari permukaan Bumi, mereka mencapai ketinggian 90 kilometer. Minat ahli geofizik dalam jet gergasi agar sesuai dengan ukurannya, kerana pelepasan ini membuat "penerbangan tanpa henti" dari troposfer langsung ke ionosfera. Walau bagaimanapun, mereka sangat jarang berlaku, dan telah direkam dengan pasti tidak lebih dari belasan kali. Pada masa yang sama, mereka hidup selama sepersekian saat, yang, pada dasarnya, memungkinkan mereka diperhatikan dengan mata kasar.
Teori jet hanya membuat langkah pertama. Tidak jelas lagi bagaimana fenomena ini. Sekiranya secara semula jadi mereka hampir dengan saluran kilat yang terang di peringkat pengembangan, maka menjadi jelas mengapa kelahiran jet tidak dikaitkan dengan kilat: itu sendiri adalah kilat. Tetapi, mungkin, analogi yang lebih dekat adalah pembuangan di dalam ribut petir, yang memberi tenaga kepada saluran kilat. Dalam kes ini, akan lebih sukar untuk memahami sifat jet, kerana teori pelepasan seperti itu pada tahap awal pengembangan.
Sebilangan besar pemerhatian dan penerbitan dikhaskan untuk sprite merah. Ini adalah bintang pop sebenar di antara pelepasan atmosfera ketinggian tinggi. Kadang-kadang nampaknya minat terhadap mereka sama panasnya dengan penyanyi popular. Mengapa mereka mendapat perhatian sedemikian? Maksudnya adalah bahawa mereka mudah diperhatikan (jika, tentu saja, anda tahu bahawa itu mungkin). Puluhan ribu sprite dilahirkan di dunia setiap hari, dan sangat mengagumkan bahawa mereka tidak begitu lama diperhatikan.
Sprite adalah suar volumetrik yang sangat terang yang berlaku pada ketinggian 70-90 kilometer dan turun 30-40 kilometer, dan kadang-kadang lebih banyak. Di bahagian atas, lebarnya kadang-kadang mencapai puluhan kilometer. Ini adalah pelepasan ketinggian tinggi yang paling besar. Seperti bunian, sprite berkait rapat dengan kilat, tetapi tidak semua. Sebilangan besar kilat menyerang dari bahagian awan yang bermuatan negatif (rata-rata, ia lebih dekat ke tanah). Tetapi 10% kilat menerpa bumi bermula dari kawasan muatan positif, dan kerana kawasan utama lokasi muatan positif lebih besar daripada yang negatif, kilat positif lebih kuat. Dipercayai bahawa pelepasan kuat seperti itu menghasilkan sprite yang berkelip di mesosfer sekitar seperseratus saat selepas pelepasan awan-ke-bumi.
Warna sprite merah-ungu, seperti warna elf, dikaitkan dengan nitrogen atmosfera. Bahagian atas sprite bersinar secara seragam, tetapi di bawah 70 kilometer, pelepasan nampaknya ditenun dari saluran setebal ratusan meter. Struktur mereka adalah ciri sprite yang paling menarik untuk dikaji. Saluran dipanggil pita dengan analogi dengan pelepasan jarum yang terkenal di tepi tajam objek dalam ribut petir dan pada wayar voltan tinggi. Benar, ketebalan streamer terestrial berada pada urutan milimeter, dan pada sprite 100.000 kali lebih besar. Masih belum jelas mengapa diameter pita meningkat begitu banyak - jauh lebih cepat daripada tekanan udara yang menurun dengan ketinggian.
Halo adalah cahaya ungu kemerahan seragam pada ketinggian kira-kira 80 kilometer. Sebab pelepasan nampaknya sama dengan bahagian atas sprite, tetapi tidak seperti itu, halo selalu muncul tepat di atas kilat kilat. Sprite mengambil kebebasan untuk berada di suatu tempat di sebelah. Nampaknya ada kaitan antara sprite dan halos, tetapi mekanisme masih belum jelas. Mereka muncul kadang-kadang bersama, kadang-kadang secara berasingan. Mungkin halo adalah bahagian atas sprite, ketika kekuatan medan elektrik tidak mencukupi untuk pembuangan menyebar ke udara bawah yang lebih padat.
Menurut Peta Geografi Ribut Petir, penduduk zon khatulistiwa dan tropis Bumi mempunyai peluang paling besar untuk melihat sprite. Di kawasan inilah sehingga 78% daripada semua ribut petir berlaku. Penduduk Rusia juga dapat memerhatikan sprite. Puncak ribut petir di negara kita jatuh pada bulan Julai-Ogos. Pada masa inilah pencinta astronomi dapat melihat fenomena indah seperti sprite.
Menurut Buku Panduan Pemerhatian Sprite dan Giant Jet Amerika, untuk melihat sprite, pemerhati mesti berada kira-kira 100 kilometer dari pusat ribut petir. Untuk memerhatikan jet, dia harus mengarahkan optiknya pada 30-35 darjah menuju ke kawasan ribut petir. Kemudian dia akan dapat melihat sebahagian ionosfer pada ketinggian hingga 50 kilometer, di kawasan inilah jet paling kerap muncul. Untuk memerhatikan sprite, anda harus mengarahkan teropong pada sudut 45-50 darjah, yang akan sesuai dengan kawasan langit pada ketinggian kira-kira 80 km - tempat di mana sprite dilahirkan.
Untuk kajian yang lebih baik dan terperinci mengenai sprite, jet, dan lebih banyak elf, lebih baik pemerhati menggunakan peralatan pawagam khas, yang memungkinkan untuk merakam secara terperinci suar surgawi. Masa terbaik untuk memburu sprite di Rusia adalah dari pertengahan Julai hingga pertengahan Ogos.
Sprite, seperti kilat, dijumpai bukan hanya di Bumi, tetapi juga di planet lain dari sistem suria. Agaknya, ia adalah sprite yang direkam oleh kenderaan penyelidikan angkasa semasa ribut teruk di Venus, Saturnus dan Musytari.
Sprite dan elf muncul di ketinggian tinggi kerana pengionan udara yang kuat oleh habuk galaksi. Pada ketinggian lebih dari 80 kilometer, kekonduksian arus adalah sepuluh bilion kali lebih tinggi daripada pada lapisan permukaan atmosfera.
Nama "sprite" berasal dari nama roh hutan, yang disebut dalam komedi William Shakespeare "A Midsummer Night's Dream."
Sprite diketahui oleh manusia jauh sebelum tahun 1989. Orang telah menyatakan pelbagai hipotesis mengenai sifat fenomena ini, termasuk kenyataan bahawa kilatan cahaya adalah kapal angkasa asing. Hanya setelah John Winkler dapat menangkap bingkai sprite di ionosfera, para saintis membuktikan bahawa ia berasal dari elektrik.
Warna sprite, jet, dan elf berbeza bergantung pada ketinggian di mana ia muncul. Faktanya adalah bahawa lebih banyak udara tertumpu di atmosfer dekat Bumi, sementara kepekatan nitrogen yang tinggi diperhatikan di lapisan atas ionosfera. Udara terbakar dengan api biru dan putih, nitrogen - merah. Atas sebab ini, jet di bawah sprite biasanya berwarna biru, sementara sprite itu sendiri dan, lebih tinggi, elf, kemerahan.
Dan inilah video fenomena yang sangat jarang berlaku - kilat yang semakin meningkat:
