Prije 20 godina, u noći 5-6. Srpnja 1989., dogodio se važan događaj u povijesti istraživanja planete Zemlje. John Randolph Winkler, umirovljeni profesor i 73-godišnji veteran iz NASA-e, ciljao je visoko osjetljivu video kameru na olujne oblake, a zatim je, gledajući okvir za snimanje po kadru, otkrio dva svijetla bljeska, koja se, za razliku od munje, ne spuštaju na zemlju, već gore, do ionosfera. Tako su otkriveni spriti - najveći od velikih visina u Zemljinoj atmosferi. Jasno su potvrdili postojanje globalnog električnog kruga na našoj planeti i pružili su nove mogućnosti za njegovo proučavanje.
Doznajmo više o ovome …
Ispusti koje je zabilježio John Winkler započeli su s visine od 14 kilometara, a njihove dimenzije bile su više od 20 kilometara. Mehanizam koji je vodio do njihovog pojavljivanja bio je nejasan, a bilo je potrebno mnogo znanstvene hrabrosti da se električni pražnjenje izdiže iz granica troposfere na takvu visinu.
Za dobivanje uvjerljivijih dokaza, entuzijastični Winkler čekao je da uragan Hugo pogodi Minnesotu i u noći 22. na 23. rujna ponovno je zabilježio mnoge slične nadmorske visine u grmljavini. Zanimljivo je da je službeno proveo ovo istraživanje kao amater, jer nije bilo uključeno ni u jedan znanstveni program. No, Winkler, naravno, nije bio amater i ponašao se odlučno, poput čovjeka koji je jasno svjestan svoje misije. Iz svog dosadašnjeg rada u NASA-i imao je neispravnu video kameru velike brzine. Uvjerio je dekana katedre za fiziku na Sveučilištu u Minnesoti da izdvoji 7000 dolara za popravak te je ugradio opremu za analizu zapisa u svojoj kući.
Jedinstveni snimci divovskih ispusta prestrašili su Winklera koliko su ga i usrećili. Što ako takvo pražnjenje pogodi zrakoplov? A znanstvenik se obratio kolegama iz NASA-e s upozorenjem. Počeli su sumnjati. Što su ispusti? Ali iz poštovanja prema Winklerovoj prošlosti, pogledali su snimke letova iz svemirskog šatla. I nisu mogli vjerovati svojim očima: više od desetak takvih pražnjenja pronađeno je na filmovima. Winkler je dobro shvatio. Kao profesionalac doveo je to do svog logičnog zaključka - publikacijama u vodećim znanstvenim časopisima Geophysical Research Letters (1989) i Science (1990).
Promotivni video:
Članci su doslovno šokirali stručnjake iz astronomije, atmosferskog elektriciteta, radiofizike, atmosferske akustike, fizike pražnjenja plinova i zrakoplovne sigurnosti. Nakon ovih publikacija, NASA više nije mogla odvratiti moguću prijetnju svemirskim brodovima i započela je detaljno proučavanje ispaljivanja s velike visine. Tijekom tri godine pripreme za ovaj rad, Winkler je više puta bio konzultiran, ali nikada nije bio uključen u sam program.
Prve noći promatranja, 7. srpnja 1993., u znanstvenoj stanici u blizini Fort Collinsa (Kolorado), iznenađeni istraživači zabilježili su više od 240 velikih visina. Sljedeće noći, raspoloživi je leteći laboratorij na zrakoplovu DC-8 kako bi se isključila pogreška u određivanju visine. Rezultati su nadmašili sva očekivanja: otkriveni su ogromni raketi na visinama od najmanje 50-60 kilometara. U čast nemirnog Paka iz Shakespeareovog "Sanja iz blagdanske noći" dobili su ime sprites, odnosno zračni duhovi. Naravno, postavilo se pitanje: zašto prije nisu znali za ta pražnjenja, ako svaki snažan pljusak s grmljavinom generira desetke?
Analiza literature pokazala je da su tijekom stotina godina mnogi ljudi vidjeli neobične i vrlo velike ispuste iznad oblaka. Nazvali su ih raketnim munjem, oblačnim stratosferskim pražnjenjem, uzlaznim munama, pa čak i munjama iz oblaka u svemir. No, u nedostatku pouzdanih dokaza, neobični izvještaji očevidaca jednostavno su zanemareni. Čak su odbacili tako poznatog i cijenjenog stručnjaka na području atmosferske struje kao nobelovca Charlesa Thomsona Wilsona, koji je o sličnom fenomenu pisao u svom članku još davne 1956. godine. Potreban je osjećaj, iskustvo, upornost i neustrašivost profesora Johna Winklera, tako da se "to ne može" vrlo brzo pretvoriti u "ali tko to ne zna." Sada na brojnim videozapisima na Internetu možete detaljno ispitati te kategorije.
John Winkler umro je 2001. godine. Nije radio više na visinskim ocjenama, iako je teško vjerovati da to nije želio - nakon takvih i takvih uspjeha. Na njega se redovito spominjalo njegovo objavljivanje u Scienceu, ali očito nije uključeno u projekte. Osmrtnica koju su napisali njegovi kolege pokazuje ljutnju prema njemu. Ali uzalud. Crveni i ljubičasti spritovi svakodnevno se pozdravljaju s Johnom Randolphom Winklerom jer je učio ljude da ih vide.
Ubrzo su istraživači otkrili čitav svjetlosni show koji se odvijao u gornjoj atmosferi iznad olovnih grmljavina. Glavni akteri u njemu (redom odozdo prema gore): plavi mlazovi, koji se ponekad nazivaju i gnomi (budući da su na dnu), u sredini su crveno-ljubičasti špricevi i halosi, a iznad njih su crvenkasti prstenovi - vilenjaci koji lebde u visini. Ali, naravno, ne smijemo zaboraviti redatelja koji stoji iza grandiozne predstave - to su dobro poznati olujni oblaci i munje. Zapravo, donedavno je trupa bila brojnija, ali su se istraživači postupno riješili duhova, meduze (neke vrste duhova) i drugih zvučnih "živih bića".
Treba napomenuti da vježbe s lijepim imenima nisu samo zabava u stilu "fizike u šali", kao što može izgledati na prvi pogled. Kao i u show businessu, i u znanosti promocija ideja i trendova igra važnu ulogu, jer tu i tamo vlada borba za resurse. Područje znanosti koje čuje javnost obično se izdašnije financira. Sjetite se barem nanotehnologije, o kojoj svi pričaju, ali zapravo nitko ne može objasniti o čemu se radi i zašto se toliko novca treba usmjeriti tamo. No vratimo se našem nastupu i svima detaljnije predstavimo najugledniju publiku.
Vilenjaci su najviše efemerni i kratkotrajni u obitelji s visine. Ti užareni crveno-ljubičasti prstenovi pojavljuju se u donjoj ionosferi na visinama od 80-100 kilometara. Za manje od milisekunde, sjaj koji se pojavljuje u središtu širi se na 300-400 kilometara i blijedi. Vilenjaci nisu detaljno proučavani, vjerojatno zato što ne izazivaju velike kontroverze i ne obećavaju ozbiljan napredak u razumijevanju prirode atmosferskih pražnjenja. Oni se rađaju tri deset tisuće sekunde (300 mikrosekundi) nakon što snažna munja udari iz gromova u tlo. Njegov prtljažnik postaje "odašiljačka antena", iz koje brzinom svjetlosti počinje snažni sferni elektromagnetski val vrlo niske frekvencije. U 300 mikrosekundi jednostavno stigne do nadmorske visine od 100 kilometara, gdje pobuđuje crveno-ljubičasti sjaj molekula dušika. Što dalje val ideširi prsten postaje sve dok ne blijedi od izvora.
Plavi mlazovi, ili gnomi, najmisterioznija su, rijetka i najteža zapažena stvorenja u ansamblu novih nadmorske visine. Gnom izgleda kao plavi uski obrnuti stožac, počevši od gornjeg ruba gromobrana i ponekad doseže visinu od 40 kilometara. Brzina širenja plavih mlazeva je od 10 do 100 km / s. Ali najčudnije je to što njihov izgled nije uvijek povezan s vidljivim udarima munje. Na visinama s kojih su mlazevi lansirani, tlak je i dalje relativno visok, pa ne čudi da su plavi. Ovako sjaji munja, koronski iscjedak na žicama, iskričavo pražnjenje, pa čak i plamenovi visoke temperature. Ovo je također sjaj molekula dušika, ali ne u crveno-ljubičastoj pruzi, kao u slučaju vilenjaka, već u ultraljubičasto-plavoj boji.
Osim običnih mlazeva, takozvani plavi starteri ponekad se raspadaju s gornjeg ruba oblaka. Ne dižu se iznad 30 kilometara. Neki znanstvenici vjeruju da je ovo samo gromobrana usmjerena prema gore u područje gdje se pritisak brzo smanjuje, pa se stoga starteri šire mnogo više od uobičajenih munje. Drugi ih smatraju nerazvijenim mlaznicama.
Ali najzanimljivija vrsta plavih mlaznica nazvana je džinovskim mlaznicama. Počevši ne baš daleko od površine Zemlje, oni dosežu visinu od 90 kilometara. Interes geofizičara za gigantske mlaznice odgovara njihovoj veličini, jer ti ispadi čine "non-stop let" iz troposfere izravno u ionosferu. Međutim, oni su izuzetno rijetki i pouzdano su zabilježeni ne više od desetak puta. Istodobno, žive djelić sekunde, što im u načelu omogućuje da se primijete golim okom.
Jet teorija tek čini prve korake. Još nije jasno kako taj fenomen izgleda. Ako su po svojoj prirodi bliski kanalu munje u fazi razvoja, tada postaje jasno zašto rođenje mlaza nije povezano s munjom: ono je samo munja. Ali, možda je bliža analogija ispuštanje unutar grmljavinskog udara, koji pokreće gromobranski kanal. U ovom će slučaju biti još teže razumjeti prirodu mlaza, jer je teorija takvih pražnjenja u ranoj fazi razvoja.
Najveći broj opažanja i publikacija posvećen je crvenim spritima. To su prave pop zvijezde među atmosferskim pražnjenjem na velikim visinama. Ponekad se čini da je zanimanje za njih jednako pregrijano kao i kod popularnih pjevača. Zašto su zaslužili takvu pažnju? Poanta je vjerojatno u tome što ih je lako promatrati (ako, naravno, znate da je to moguće). Na svijetu se svakodnevno rađaju deseci tisuća spritova, a nevjerojatno je da ih dugo nisu primijetili.
Sprite su vrlo svijetle volumetrijske rakete koje se javljaju na nadmorskoj visini od 70-90 kilometara i spuštaju se 30-40 kilometara, a ponekad i više. U gornjem dijelu njihova širina ponekad doseže desetke kilometara. Ovo su najopsežniji od visinskih ispusta. Poput vilenjaka, i sprite su usko povezani sa munjama, ali nisu svi. Većina munje udara iz negativno nabijenog dijela oblaka (u prosjeku je bliže tlu). Ali 10% munje koje udara u tlo polazi iz područja pozitivnog naboja, a budući da je glavno područje položaja pozitivnog naboja veće od onoga negativnog, pozitivna munja je snažnija. Vjeruje se da tako moćni iscjedaci stvaraju duhove koji trepere u mezosferi oko stotinu sekunde nakon pražnjenja oblak-zemlja.
Crveno-ljubičasta boja sprita, poput one vilenjaka, povezana je s atmosferskim dušikom. Gornji dio sprite svijetli jednoliko, ali ispod 70 kilometara, čini se da je iscjedak isklesan iz kanala debljine stotina metara. Njihova je struktura najzanimljivija značajka spriteta za proučavanje. Kanali se nazivaju strujačima po analogiji s dobro poznatim pražnjenjem igala na oštrim rubovima objekata u grmljavinskom nevremenu i na žicama visokog napona. Istina, debljina zemaljskih potočića je u redoslijedu od milimetra, a u spritovima su 100.000 puta veće. Još nije jasno zašto se promjer strujala toliko povećava - mnogo brže nego što se tlak zraka smanjuje s visinom.
Halo je ujednačen crvenkasto-ljubičasti sjaj na nadmorskoj visini od oko 80 kilometara. Razlog pražnjenja naizgled je isti kao i za vrh spritisa, ali za razliku od njih, halo se uvijek pojavljuje neposredno iznad bljeska. Duhovi uzimaju slobodu da budu negdje sa strane. Izgleda da postoji neka veza između spritita i halosa, ali mehanizam je još uvijek nejasan. Pojavljuju se ponekad zajedno, ponekad odvojeno. Možda je halo gornji dio spritisa, kad jačina električnog polja nije bila dovoljna da se pražnjenje proširi u gušći donji zrak.
Prema Geografskoj karti grmljavinske oluje, stanovnici ekvatorijalne i tropske zone Zemlje imaju najveće šanse da vide duhove. Upravo na ovom području nastaje do 78% svih grmljavinskih oluja. Stanovnici Rusije također mogu promatrati duhove. Vrhunac grmljavinske oluje u našoj zemlji pada od srpnja do kolovoza. Upravo u to vrijeme ljubitelji astronomije mogu vidjeti tako lijepu pojavu kao sprites.
Prema priručniku Američkog spriteta i divovskog mlaznog promatranja, da bi vidio sprite, promatrač mora biti otprilike 100 kilometara od epicentra grmljavinske oluje. Da bi promatrao mlazove, trebao bi usmjeriti svoju optiku na 30-35 stupnjeva prema grmljavinskom području. Tada će moći promatrati dio ionosfere na nadmorskoj visini do 50 kilometara, upravo se na ovom području najčešće javljaju mlazovi. Da biste promatrali sprite, trebali biste ciljati dvogled pod kutom od 45-50 stupnjeva, što će odgovarati području neba na nadmorskoj visini od oko 80 km - mjestu na kojem se rađaju duhovi.
Za bolje i detaljnije proučavanje sprita, mlaznica, a još više vilenjaka, promatrač je bolje koristiti posebnu kino opremu koja će omogućiti detaljno snimanje nebeskih baklji. Najbolje vrijeme za lov na duhove u Rusiji je od sredine srpnja do sredine kolovoza.
Duhovi, poput munje, nalaze se ne samo na Zemlji, već i na drugim planetima Sunčevog sustava. Vjerojatno su to bili duhovi koje su zabilježila svemirska istraživačka vozila tijekom jakih oluja na Veneri, Saturnu i Jupiteru.
Sprite i vilenjaci pojavljuju se na tako velikim visinama zbog jake ionizacije zraka galaktičkom prašinom. Na nadmorskoj visini od preko 80 kilometara, vodljivost struje je deset milijardi puta veća nego u površinskim slojevima atmosfere.
Naziv "sprites" potječe od naziva šumskih duhova koji se spominju u komediji Williama Shakespearea "San iz ljeta".
Sprite su bili poznati čovječanstvu mnogo prije 1989. godine. Ljudi su iznijeli različite hipoteze o prirodi ovog fenomena, uključujući činjenicu da su bljeskovi svjetlosti vanzemaljski svemirski brodovi. Tek nakon što je John Winkler uspio uhvatiti okvire spritova u ionosferi, znanstvenici su dokazali da su električnog porijekla.
Boja šprita, mlazeva i vilenjaka razlikuje se ovisno o visini na kojoj se pojavljuju. Činjenica je da je više zraka koncentrirano u atmosferi blizu Zemlje, dok se visoka koncentracija dušika opaža u gornjim slojevima ionosfere. Zrak gori plavim i bijelim plamenom, dušik - crvenim. Iz tog su razloga mlazovi ispod spritova pretežno plavi, dok su sami spritei i, viši, vilenjaci, crvenkasti.
A evo i video vrlo rijetke pojave - munje u usponu: