Когда речь заходит об атмосферном электричестве, обычно имеют в виду грозовые разряды или загадочные шаровые молнии. Но на значительной высоте, над облаками, иногда можно наблюдать другие электрические разряды, природа которых до сих пор не совсем понятна. Зафиксировав одно из таких явлений специальным оборудованием, Международная космическая станция помогла ученым приблизиться к раскрытию тайны ионосферных молний.
Комплекс приборов, известный как Монитор взаимодействий между атмосферой и космосом ( Atmosphere-Space Interactions Monitor, ASIM) этот прибор был разработан по заказу Европейского космического агентства. В 2018 году он был установлен на внешней раме 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, оснащенный фотометрами для измерения света в различных диапазонах длин волн ( MMIA).
Первым заметным достижением стало наблюдение голубых джетов и связанных с ними эффектов в феврале 2019 года. Более года потребовалось для изучения данных, собранных во время этого события. Научная статья с анализом ценнейшей информации о редком явлении была опубликована в журнале Nature 20 января. Астрофизики из Национального космического института Дании провели подготовку ( DTU Space), которые занимаются исследованием атмосферной электрической активности при помощи ASIM.
В рамках научной работы представлено описание пяти вспышек синего света, длившиеся приблизительно 10 микросекунд. Они были зафиксированы в грозовой ячейке над Тихим океаном, и одна из вспышек спровоцировала формирование джета, распространившегося до стратопаузы (50-55 километров). Характерной особенностью является то, что каждый из пяти разрядов сопровождался появлением «эльфов» в ионосфере (50-100 километров). Оптическими приборами, зафиксировавшими эти явления, были получены данные, сопряженные с радиосигналами в диапазоне от трех до трехсот мегагерц.
Проведенный анализ данных позволил ученым сформулировать несколько заключений относительно природы молний в верхних слоях атмосферы. В частности, была подтверждена гипотеза о том, что синие джеты образуются в результате схожих процессов, приводящих к возникновению обычных молний. Кроме того, удалось детализировать параметры лидера таких молний. И вспышки, и возникший в результате одной из них джет — это волны ионизации в атмосфере, вдоль которых происходит перетекание электрического заряда. В данной работе датские ученые не рассматривали связь вышеописанных явлений с более высокими «эльфами.
Электрические процессы, происходящие в верхних слоях атмосферы, остаются недостаточно изученными и вызывают большой интерес у физиков во всем мире. Эти процессы характеризуются кратковременностью и значительной изменчивостью в зависимости от высоты. Из них ближе всего к земле синие стартеры ( Blue starters), которые возникают над грозовыми облаками на высотах до 20 километров. Эти явления часто называют «недоразвитыми» синими джетами ( Blue jets). Чуть выше заметны красные спрайты ( Sprite), спрайты – одни из самых впечатляющих оптических явлений в атмосфере. Эти электрические разряды формируются на высоте от 50 до 90 километров и могут иметь внушительные размеры, вплоть до 50 километров в диаметре. Иногда спрайты сопровождаются ореолом, напоминающим шляпку гриба.
В заключение, одними из самых таинственных являются «эльфы». Их название происходит от аббревиатуры ELVES, что расшифровывается как «источники светового излучения и низкочастотных возмущений, вызванные электромагнитным импульсом». Эти явления имеют диаметр около четырех сотен километров и формируются на высоте приблизительно сто километров. Перечень оптических явлений, связанных с электрическими разрядами в верхних слоях атмосферы, этим не ограничивается. Существуют также «тролли» ( TROLL), «феи» (Pixie), «призраки» (Ghost) и «гномы» (Gnome), но их природа остается еще менее понятной. Наиболее подходящей площадкой для исследования этого «зоопарка сказочных существ» оказалась МКС, и благодаря имеющимся инструментам ASIM можно надеяться на скорый прогресс в этом деле.