Pred 20 leti, v noči na 5. do 6. julija 1989, se je zgodil pomemben dogodek v zgodovini raziskovanja planeta Zemlje. John Randolph Winkler, upokojeni profesor in 73-letni veteran iz Nase, je v nevihtnih oblakih usmeril visoko občutljivo video kamero, nato pa je ob pogledu na snemalni okvir za okvirjem odkril dva svetla utripa, ki se v nasprotju s strelo ne spuščata na tla, ampak navzgor, do ionosfera. Tako so bili odkriti spriti - največji od višinskih izpustov v Zemljini atmosferi. Jasno so potrdili obstoj globalnega električnega tokokroga na našem planetu in zagotovili nove priložnosti za njegovo preučevanje.
Poizvedimo več o tem …
Izpusti, ki jih je zabeležil John Winkler, so se začeli z višine 14 kilometrov, njihove dimenzije pa so bile več kot 20 kilometrov. Mehanizem, ki je privedel do njihovega videza, je bil nejasen, zato je bilo potrebno veliko znanstvenega poguma, da so napovedali električni razelektritev, ki se dviga od meja troposfere do take višine.
Da bi dobili bolj prepričljive dokaze, je navdušeni Winkler čakal, da orkan Hugo zadel Minnesoto in v noči med 22. in 23. septembrom znova zabeležil veliko podobnih višinskih izpustov nad sunki grmov. Zanimivo je, da je to raziskavo formalno vodil kot amater, saj ni bila vključena v nobene znanstvene programe. Toda Winkler seveda ni bil ljubitelj in je ravnal odločno, kot človek, ki se jasno zaveda svojega poslanstva. Od svojega preteklega dela v Nasi ima pokvarjeno visokohitrostno video kamero. Prepričal je dekana oddelka za fiziko na Univerzi v Minnesoti, da je namenil 7000 dolarjev za njegovo popravilo in namestil opremo za analizo zapisov na svojem domu.
Edinstveni posnetki velikanskih izpustov so Winklerja prestrašili, kolikor ga je osrečil. Kaj če takšen izpust zadene letalo? In znanstvenik se je z opozorilom obrnil na svoje sodelavce iz NASA. Začeli so dvomiti. Kakšni so izpusti? Toda iz spoštovanja do Winklerjeve preteklosti so si ogledali posnetke poletov z vesoljskimi šatli. In niso mogli verjeti svojim očem: na filmih so našli več kot ducat takšnih izpustov. Winkler je dobil prav. Kot strokovnjak je zadevo pripeljal do svojega logičnega zaključka - objave v vodilnih znanstvenih revijah Geophysical Research Letters (1989) in Science (1990).
Promocijski video:
Članki so dobesedno šokirali strokovnjake za astronomijo, atmosfersko elektriko, radiofiziko, atmosfersko akustiko, fiziko izpusta plinov in vesoljsko varnost. Po teh publikacijah NASA ni mogla več preprečiti morebitne grožnje vesoljskim plovilom in je začela podrobno preučevati izpuste na visoki višini. V treh letih priprav na to delo se je z Winklerjem večkrat posvetoval, vendar nikoli ni bil vključen v sam program.
Presenečeni raziskovalci so že v prvi noči opazovanj, 7. julija 1993, na znanstveni postaji blizu Fort Collinsa (Kolorado) zabeležili več kot 240 visokih izpustov. Naslednjo noč je bil nameščen namenski leteči laboratorij na letalu DC-8, da bi izključil napako pri določanju nadmorske višine. Rezultati so presegli vsa pričakovanja: na višinah najmanj 50-60 kilometrov so zaznali ogromne rakete. V čast nemirnega Paka iz Shakespearovega "Sanje poleti" so jim dali ime sprites, torej zračni duh. Seveda se je postavilo vprašanje: zakaj prej niso vedeli za te izpuste, če vsaka močna nevihtna fronta ustvari na desetine teh?
Analiza literature je pokazala, da je več sto let opažalo nenavadne in zelo velike izpuste nad oblaki. Imenovali so jih raketne strele, motni stratosferski razelektritve, vzhajajoče strele in celo strele v oblak v vesolje. A ker ni bilo zanesljivih dokazov, so bila nenavadna poročila očividcev preprosto prezrta. Odklonili so se celo tako znanemu in cenjenemu strokovnjaku na področju atmosferske elektrike, kot je nobelovec Charles Thomson Wilson, ki je o podobnem pojavu pisal že v letu 1956. Potrebovali so voh, izkušnje, vztrajnost in neustrašnost profesorja Johna Winklerja, tako da "se tega ne da" zelo hitro spremeniti v ", toda kdo tega ne ve." Zdaj lahko v številnih videoposnetkih na internetu podrobno preučite te kategorije.
John Winkler je leta 2001 umrl. Več visokih ocen ni opravil, čeprav je težko verjeti, da tega ni hotel - po takšnih in takšnih uspehih. Njegova objava v Science je bila redno omenjena, vendar očitno ni bila vključena v projekte. Osmrtnica, ki so jo napisali njegovi kolegi, kaže zamero do njega. Toda zaman. Rdeči in vijolični spritovi se vsak dan pozdravljajo Johnu Randolphu Winklerju, ker je učil ljudi, da jih vidijo.
Kmalu so raziskovalci odkrili celoten svetlobni šov, ki se je odvijal v zgornjem ozračju nad svinčenimi nevihtami. Glavni akterji v njem (po vrstnem redu od spodaj navzgor): modri curki, ki jih včasih imenujemo gnomi (saj so na dnu), na sredini so rdeče-vijolični špriti in halosi, nad njimi pa so rdečkasti obroči - v višini lebdijo viline. Seveda pa ne smemo pozabiti režiserja, ki stoji za veličastno predstavo - to so znani nevihtni oblaki in strele. Pravzaprav je bila do nedavnega trupa številčnejša, vendar so se raziskovalci postopoma znebili žganja, meduz (nekaterih vrst spritov) in drugih sonočnih "živih bitij".
Treba je opozoriti, da vaje v lepih imenih niso samo zabava v slogu "fizike v šali", kot se morda zdi na prvi pogled. Tako kot v šovbiznisu tudi v znanosti igra promocija idej in trendov pomembno vlogo, saj tu in tam poteka boj za vire. Področje znanosti, ki ga sliši javnost, se običajno financira bolj radodarno. Spomnite se vsaj nanotehnologije, o kateri vsi govorijo, toda nihče res ne more razložiti, kaj je to in zakaj je treba toliko denarja usmeriti tja. A vrnimo se k našemu nastopu in vse podrobneje predstavimo najbolj uglednemu občinstvu.
V visokogorski družini so vilinci najbolj efemerni in kratkotrajni. Ti žareči rdeče-vijolični obroči se pojavijo v spodnji ionosferi na višinah 80-100 kilometrov. V manj kot milisekundi se sijaj, ki se pojavi v središču, razširi na 300-400 kilometrov in zbledi. Viline niso bile podrobno raziskane, verjetno zato, ker ne povzročajo veliko polemike in ne obetajo resnega napredka pri razumevanju narave atmosferskih izpustov. Rojeni so tri deset tisočinke sekunde (300 mikrosekund), potem ko močna strela udari iz grmenja v tla. Njeno deblo postane "oddajna antena", iz katere se pri svetlobni hitrosti začne močan sferični elektromagnetni val zelo nizke frekvence. V 300 mikrosekundah le pride do višine 100 kilometrov, kjer navduši rdeče-vijoličen sijaj molekul dušika. Dlje kot gre valširši postane obroč, dokler ne zbledi od vira.
Modri curki ali gnomi so najbolj skrivnostna, redka in težko opazljiva bitja v ansamblu novih višinskih izpustov. Gnome je videti kot modri ozko obrnjeni stožec, ki se začne od zgornjega roba grmenja in včasih doseže 40 kilometrov višine. Hitrost širjenja modrih curkov je od 10 do 100 km / s. Najbolj čudno pa je, da njihov videz ni vedno povezan z vidnimi udarci strele. Na nadmorski višini, s katere se spuščajo curki, je tlak še vedno razmeroma visok, zato ne preseneča, da so modri. Tako sijejo strela, koronski izpust na žicah, iskrenje in celo visokotemperaturni plameni. To je tudi sijaj molekul dušika, vendar ne v rdeče-vijoličnem traku, kot v primeru vilinov, temveč v ultravijolični modri barvi.
Poleg navadnih curkov se tako imenovani modri zaganjalniki včasih razbijejo od zgornjega roba oblaka. Ne dvigajo se nad 30 kilometrov. Nekateri znanstveniki menijo, da je to samo strela, usmerjena navzgor v območje, kjer tlak hitro pada, zato se zaganjalniki širijo veliko bolj kot običajne strele. Drugi jih smatrajo za nerazvite curke.
Toda najbolj zanimiva vrsta modrih curkov se imenuje velikanski jeklenice. Začenši ne zelo daleč od površine Zemlje, dosežejo 90 kilometrov višine. Zanimanje geofizikov za velikanske curke ustrezajo njihovi velikosti, ker ti izpusti naredijo "non-stop" polet iz troposfere neposredno v ionosfero. Vendar so izjemno redki in so bili zanesljivo zabeleženi ne več kot ducat krat. Hkrati živijo le delček sekunde, kar jim načeloma omogoča, da jih opazimo s prostim očesom.
Jet teorija šele naredi svoje prve korake. Ni še jasno, kako izgleda ta pojav. Če so po svoji naravi blizu razsvetljevalnega kanala strele v razvojni fazi, potem postane jasno, zakaj rojstvo curka ni povezano s strelo: sam je strela. Morda je tesnejša analogija izpust znotraj grmenja, ki napaja strelovod. V tem primeru bo naravo curkov še težje razumeti, saj je teorija takšnih izpustov v zgodnji fazi razvoja.
Največje število opazovanj in objav je namenjenih rdečim spritom. To so prave pop zvezde med velikimi atmosferskimi izpuhi. Včasih se zdi, da je zanimanje zanje ravno tako pregreto kot pri priljubljenih pevcih. Zakaj so si zaslužili takšno pozornost? Bistvo je verjetno, da jih je enostavno opaziti (če seveda veste, da je to mogoče). Na svetu se vsak dan rodi na desetine tisoč spritov in neverjetno je, da jih že dolgo niso opazili.
Sprites so zelo svetle volumetrične rakete, ki se pojavljajo na nadmorski višini 70-90 kilometrov in se spuščajo 30-40 kilometrov, včasih pa tudi več. V zgornjem delu njihova širina včasih doseže več deset kilometrov. To so najobsežnejši od višinskih izpustov. Tako kot vilini so tudi sprites tesno povezani s strelo, vendar niso vsi. Večina strele udari iz negativno nabitega dela oblaka (v povprečju je bližje tlom). Toda 10% strele, ki udari v tla, začne iz območja pozitivnega naboja, in ker je glavno območje lokacije pozitivnega naboja večje od negativnega, je pozitivna strela močnejša. Verjamejo, da tako močni izpusti ustvarjajo sprite, ki utripajo v mezosferi približno stotino sekunde po izpustu iz oblaka v zemljo.
Rdeče-vijolična barva spritov, tako kot vilin, je povezana z atmosferskim dušikom. Zgornji del šprita sveti enakomerno, toda pod 70 kilometri se zdi, da je izpust tkal iz kanalov debeline več sto metrov. Njihova struktura je najbolj zanimiva značilnost spritov, ki jih je treba proučevati. Kanali se imenujejo struje po analogiji z dobro znanimi praznjenimi iglami na ostrih robovih predmetov v nevihtah in na visokonapetostnih žicah. Res je, debelina prizemnih stremerjev je na milimeter, v špritih pa 100.000-krat večja. Zaenkrat še ni jasno, zakaj se premer stružnic toliko poveča - veliko hitreje, kot se z višino zmanjšuje zračni tlak.
Halo je enakomerno rdečkasto vijoličen sijaj na nadmorski višini približno 80 kilometrov. Razlog za praznjenje je menda enak kot pri vrhu spritov, vendar se za razliko od njih halo vedno pojavi neposredno nad strelo. Sprites si vzamejo svobodo, da so nekje ob strani. Zdi se, da obstaja nekaj povezave med duhovi in halosi, vendar mehanizem še vedno ni jasen. Pojavijo se včasih skupaj, včasih ločeno. Morda je halo zgornji del spritov, ko jakost električnega polja ni bila dovolj, da bi se razelektrina razširila v gostejši spodnji zrak.
Glede na Geografsko karto neviht imajo prebivalci ekvatorialnih in tropskih območij Zemlje največ možnosti, da vidijo duhove. Na tem območju je do 78% vseh neviht. Prebivalci Rusije lahko opazujejo tudi duhove. Vrhunec neviht pri nas pade julija-avgusta. Prav v tem času ljubitelji astronomije lahko vidijo tako lep pojav kot sprit.
Glede na ameriški priročnik o opazovanju spriteov in velikanskih jet, mora biti opazovalec približno 100 kilometrov od epicentra nevihte. Da bi opazoval curke, bi moral svojo optiko usmeriti na 30-35 stopinj proti območju nevihte. Nato bo lahko opazoval del ionosfere na nadmorski višini do 50 kilometrov, prav na tem območju se najpogosteje pojavljajo curki. Če želite opazovati sprite, se usmerite v daljnogled pod kotom 45-50 stopinj, kar bo ustrezalo območju neba na nadmorski višini približno 80 km - kraj, kjer se rodijo špriti.
Za boljše in natančnejše proučevanje spritov, curkov in še bolj vilinov je opazovalec bolje uporabiti posebno kinematografsko opremo, ki bo omogočila podrobno snemanje nebesnih plamenov. Najboljši čas za lov na sprite v Rusiji je od sredine julija do sredine avgusta.
Duhovi, tako kot strele, najdemo ne samo na Zemlji, ampak tudi na drugih planetih osončja. Domnevno so to bili spriti, ki so jih zabeležila vesoljska raziskovalna vozila med hudimi nevihtami na Veneri, Saturnu in Jupiterju.
Sprites in vilini se pojavljajo na tako velikih višinah zaradi močne ionizacije zraka z galaktičnim prahom. Na nadmorski višini več kot 80 kilometrov je prevodnost toka deset milijard krat večja kot v površinskih plasteh atmosfere.
Ime "sprites" izvira iz imena gozdnih duhov, ki jih omenjajo v komediji Williama Shakespearea "Sanje poleti".
Sprite so bili človeštvu znani že dolgo pred letom 1989. Ljudje so izrazili različne hipoteze o naravi tega pojava, tudi o tem, da so utripi svetlobe vesoljske ladje vesoljcev. Šele potem, ko je John Winkler uspel zajeti okvirje spritov v ionosferi, so znanstveniki dokazali, da so električnega izvora.
Barva spritov, curkov in vilin se razlikuje glede na višino, na kateri se pojavijo. Dejstvo je, da je več zraka v koncentraciji v skoraj zemeljski atmosferi, medtem ko v zgornjih plasteh ionosfere opazimo visoko koncentracijo dušika. Zrak gori z modrim in belim plamenom, dušik - rdeč. Zaradi tega so curki pod spritami pretežno modri, medtem ko so sami spriti in višji vilini rdečkasti.
In tukaj je video zelo redkega pojava - naraščajoče strele: