Ученые-астрономы впервые зафиксировали и исследовали излучение необычного атмосферного феномена — зеленого свечения, которое иногда наблюдается над спрайтами в мезосферной области Земли.
Транзиентные световые явления (TLE) представляют собой кратковременные, но интенсивные вспышки и сопутствующее им излучение в верхних слоях атмосферы. Фотографическое запечатление этих явлений стало возможным только в 1989 году. С тех пор научное сообщество активно занимается их изучением, в результате чего было выделено большое количество разновидностей этих «высотных молний», включая спрайты, джеты, тролли, эльфы и другие.
В мае 2019 года любитель метеорологии зафиксировал подобные явления над штормом в Оклахоме (США) и обнаружил, что над некоторыми спрайтами возникает зеленое свечение, продолжающееся лишь несколько миллисекунд. Это новое явление получило название «призрак» – акроним, расшифровывающийся как «зеленое излучение от возбужденного кислорода на верхушках спрайтов» (GHOST).
Первоначально считалось, что кислород играет роль в этом явлении. Именно он проявляется в виде зеленого свечения с длиной волны 557,73 нанометра в северном сиянии и собственном свечении атмосферы Земли. Незамедлительно к изучению этого феномена приступили исследователи, специализирующиеся на TLE.
В июне 2019 года астроном Мариа Пассас-Варо и ее коллеги из Андалусского института астрофизики (Испания) начали систематическое исследование химического состава и динамики этих объектов.
На протяжении четырех лет велись наблюдения, в результате которых было собрано свыше 2000 спектроскопических измерений. Среди них лишь 42 — спектры верхушек спрайтов. Зеленое свечение удалось зафиксировать доступными инструментами только над одним спрайтом.
Это оказался спрайт, появившийся во время шторма над Средиземным морем вечером 21 сентября 2019 года. Результаты исследования, связанного с этим призраком опубликованы в журнале Nature Communications.
Авторы статьи определили два этапа развития призрака. Первый пик яркости наблюдается за 200 миллисекунд до появления спрайта, после чего яркость резко снижается и вновь начинает расти через 120 миллисекунд после спрайта, достигая второго пика к 320 миллисекундам. Это подтверждается проведенным ранее анализом оптических наблюдений за призраками.
Действительно, ученым удалось зарегистрировать слабый сигнал возбужденного кислорода на длине волны 557,57 нанометра. Более важным является то, что были зафиксированы сигналы, исходящие от железа, никеля, азота, молекулярного азота, молекулярного кислорода, а также обнаружены следы натрия и кремния.
Наличие металлов в верхних слоях атмосферы не вызывает удивления, поскольку они поступают туда с метеорами, прилетающими из космоса. Однако, как правило, эти металлы обнаруживаются на значительно большей высоте, чем мезосфера – от 50 до 85 километров).
По мнению Пассас-Варо, внутренние гравитационные волны в атмосфере (не следует путать с космическими гравитационными волнами) могут подталкивать эти частицы металлов вниз, где в правильных условиях они порождают зеленые призраки. Но для того, чтобы подтвердить эту гипотезу, понадобится больше данных наблюдений.