Говоря об атмосферном электричестве люди, как правило, подразумевают привычные грозовые либо полумифические шаровые молнии. Однако на большой высоте, над облаками, изредка наблюдаются иные разряды не до конца ясной природы. Специальное оборудование на МКС зафиксировало одно из таких явлений и приблизило ученых к пониманию так называемых ионосферных молний.
Комплекс приборов под названием Монитор взаимодействий между атмосферой и космосом (Atmosphere-Space Interactions Monitor, ASIM) был создан по заказу Европейского космического агентства. Его установили в 2018 году на внешней подвеске научного оборудования модуля Columbus Международной космической станции (МКС). В набор ASIM входят два модуля с научными инструментами: пара детекторов земных гамма-всплесков (MXGS) и оптический телескоп с фотометрами нескольких длин волн (MMIA).
Первым значительным результатом его работы стало наблюдение голубых джетов и сопутствующих им эффектов в феврале 2019 года. Изучение полученных во время этого события данных заняло более года. Научная статья с анализом ценнейшей информации о редком явлении была опубликована в журнале Nature 20 января. Ее подготовили астрофизики из Национального космического института Дании (DTU Space), занимающиеся изучением атмосферного электричества с помощью ASIM.
-
А вот так голубые джеты увидели фотометры ASIM. Вместо живописной картинки гораздо более информативные цифры / ©Neubert, T., Chanrion, O., Heumesser, M. et al. Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere. Nature 589, 371–375 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03122-6 -
Инфографика Европейского космического агентства, показывающая основные цели эксперимента ASIM и в каких слоях атмосферы они возникают / ©ESA
В научной работе описаны пять вспышек в синем диапазоне видимого света длительностью около 10 микросекунд каждая. Они произошли в грозовой ячейке над Тихим океаном и одна из вспышек привела к образованию джета, достигшего стратопаузы (50-55 километров). Примечательно, что все пять разрядов сопровождались появлением «эльфов» в ионосфере (50-100 километров). Полученным оптическими приборами данным сопутствовали радиосигналы в диапазоне от трех до трехсот мегагерц.
На основе собранной информации ученые сделали ряд выводов о природе молний в верхних слоях атмосферы. В частности, подтвердилась версия, согласно которой синие джеты возникают в результате примерно тех же процессов, что вызывают обычные молнии. Также удалось уточнить характеристики лидера таких молний. И вспышки и возникший в результате одной из них джет — волны ионизации в атмосфере, по которым стекает заряд. Связь вышеописанных явлений с гораздо более высокими «эльфами» в работе датских ученых не рассматривалась.
Электрические явления в верхних слоях атмосферы слабо изучены и привлекают массу внимания физиков со всего света. Они краткосрочны и сильно различаются в зависимости от высоты. Из них ближе всего к земле синие стартеры (Blue starters), которые возникают над грозовыми облаками на высотах вплоть до 20 километров. Считается, что это «недоразвитые» синие джеты (Blue jets). Чуть выше проявляются красные спрайты (Sprite), наиболее заметные из всех подобных оптических феноменов. Эти атмосферные разряды возникают на высотах от 50 до 90 километров и могут достигать поистине исполинских размеров — вплоть до 50 километров в поперечнике. Иногда спрайты сопровождает гало, похожее на шляпку гриба.
Наконец, одни из самых загадочных — «эльфы». Их название происходит от аббревиатуры ELVES, что расшифровывается, как «источники светового излучения и низкочастотных возмущений в результате электромагнитного импульса». Эти явления достигают в диаметре четырех сотен километров и возникают на высоте около ста километров. Список оптических феноменов, связанных с электрическими разрядами в верхних слоях атмосферы на этом не заканчивается. Есть еще «тролли» (TROLL), «феи» (Pixie), «призраки» (Ghost) и «гномы» (Gnome), но их природа понятна еще меньше. Наиболее удобным местом для изучения такого «зоопарка сказочных существ» стала МКС и благодаря инструментам ASIM можно надеяться на скорый прогресс в этом деле.