#новости #атмосфера #спрайты #эльфы
В верхних слоях атмосферы, на высотах в десятки и сотни километров, в определённые моменты возникают удивительные явления, которые ещё недавно казались мифом или фантазией наблюдателей. Это кратковременные вспышки фиолетового, красного и синего света, известные в научной среде как спрайты и эльфы. Их невозможно увидеть обычным глазом при наземном наблюдении — для фиксации требуются специальные высокочувствительные камеры и ночная съёмка с длительной экспозицией. В последние годы интерес к этим явлениям значительно вырос, что связано не только с развитием технологий, но и с пониманием их роли для процессов, протекающих в атмосфере Земли.
Спрайты: что это и почему они интересуют учёных
Спрайты — это гигантские, часто многослойные разряды, которые формируются в мезосфере и нижней термосфере на высотах примерно от 50 до 90 километров. Их характерная особенность — вертикально вытянутая форма и световое свечение, переходящее от красного в верхней части к синему и даже фиолетовому в нижней. Такие вспышки возникают вслед за мощными грозовыми молниями, в основном положительной полярности, и могут иметь сложную структуру, напоминающую ветвящиеся деревья или медузы.
Механизм образования спрайтов связан с сильными электрическими полями, возникающими между верхушками грозовых облаков и ионосферой после разряда молнии. При определённых условиях эти поля становятся настолько интенсивными, что вызывают ионизацию разреженного воздуха в мезосфере, и наблюдается короткая, но впечатляющая световая вспышка. Исследования, проведённые международными группами под руководством специалистов Университета Миннесоты, подтвердили, что спрайты возникают исключительно после сильных положительных разрядов, которые несут энергию, сравнимую с крупнейшими грозовыми явлениями на планете (Stanford University, Cummer et al., 1998).
Эльфы: моментальный световой круг
Другим необычным явлением, открытым чуть позже, являются эльфы. В отличие от спрайтов, эльфы представляют собой чрезвычайно кратковременные (менее одной миллисекунды) кольцеобразные вспышки, возникающие уже на высотах 85-105 километров. Эти структуры могут охватывать области диаметром в несколько сотен километров и часто фиксируются только с помощью спутниковых или высотных камер. Эльфы появляются как результат взаимодействия электромагнитного импульса, исходящего от особо мощной молнии, с молекулами ионосферного воздуха. Возникающее поле возбуждает молекулы азота, и они буквально зажигаются, формируя яркий световой круг. Впервые эльфы были зарегистрированы в 1992 году с борта космического шаттла «Discovery» (NASA, Mende et al., 1995).
Почему эти вспышки фиолетовые и красные
Фиолетовый, синий и красный цвета свечения обусловлены возбуждением молекул азота в верхних слоях атмосферы. При столкновении с заряженными частицами молекулы переходят в высокоэнергетические состояния и излучают фотоны в различных участках спектра, преимущественно в красной и синей областях. Поэтому спрайты часто кажутся красными или пурпурными, а эльфы — голубыми и фиолетовыми (Science, Pasko et al., 1996). Для глаз человека, не оснащённых специальной оптикой, эти явления практически незаметны на фоне ночного неба.
Как учёные открыли спрайты и эльфы
Открытие спрайтов произошло относительно недавно. В 1989 году группа учёных Университета Миннесоты случайно обнаружила яркие вспышки на киноплёнке при наблюдении грозовых облаков. Эти данные побудили международное сообщество к более детальному изучению атмосферных световых явлений. С развитием цифровых камер, датчиков и спутниковых технологий стало возможным не только регулярно фиксировать эти разряды, но и изучать их структуру, скорость возникновения и влияние на окружающую среду (Geophysical Research Letters, Sentman et al., 1995).
Эльфы впервые были обнаружены с помощью приборов NASA во время миссии космического шаттла. Исследование показало, что эльфы практически не связаны с видимым молниевым разрядом, а отражают структуру и распространение электромагнитного поля, которое молния создаёт в ионосфере. Поскольку это поле действует мгновенно и на огромные расстояния, световой круг расширяется со скоростью, превышающей 90% скорости света (Nature, Inan et al., 1997).
География и частота возникновения
Спрайты и эльфы фиксируются практически по всей планете, но чаще всего — в регионах с высокой грозовой активностью. В России такие явления наблюдаются летом, особенно в центральных и южных регионах, где грозовые фронты могут достигать большой интенсивности. Российские учёные участвуют в международных программах мониторинга верхней атмосферы, а отечественные исследовательские коллективы разработали собственные методики съёмки и анализа TLE (Transient Luminous Events, так называется обобщённо весь класс этих явлений). В публикации Института прикладной геофизики отмечается, что сезонный максимум по числу спрайтов в России приходится на июль-август, когда наблюдается наиболее активное развитие грозовых систем (Институт прикладной геофизики, 2021).
Значение для науки и технологий
Изучение спрайтов и эльфов имеет важное научное и практическое значение. Во-первых, они являются индикаторами энергетических процессов в атмосфере и позволяют следить за изменениями электрического баланса в мезосфере и ионосфере. Во-вторых, такие явления могут влиять на радиосвязь и работу спутников, так как мощные разряды сопровождаются выбросом высокоэнергетических электронов и изменением локальных характеристик среды. Это особенно важно для России, где значительная часть территории покрыта труднодоступными районами, а связь часто осуществляется через спутники и длинноволновые радиоканалы.
Практическая польза и безопасность для жителей России
Исследования в области атмосферной электричества имеют и прикладную ценность для авиации, космических запусков, а также энергетики. В последние годы в России реализуются проекты по созданию систем раннего предупреждения о грозовой активности, где данные о спрайтах и эльфах используются для уточнения моделей атмосферных процессов. Как отмечается в докладе Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет, 2023), наблюдение и анализ TLE способствуют развитию отечественных технологий мониторинга опасных погодных явлений и снижению риска для авиации и инфраструктуры.
С точки зрения безопасности для обычных жителей России, сами спрайты и эльфы не представляют непосредственной угрозы, так как возникают на больших высотах и не доходят до поверхности Земли. Однако их регистрация может свидетельствовать о развитии мощных грозовых систем, а значит — о вероятности гроз, ливней, порывистого ветра и града. Поэтому информация о появлении TLE полезна для синоптиков, сельскохозяйственных предприятий и служб ЧС.
Технологии наблюдения за вспышками верхней атмосферы
Современная наука располагает целым арсеналом инструментов для регистрации спрайтов и эльфов. Главную роль играют оптические системы с высокой светочувствительностью, размещённые на спутниках, бортах самолётов и даже на специальных наземных станциях. Российские специалисты задействуют собственные сети мониторинга, позволяющие отслеживать подобные явления над всей территорией страны. Одним из наиболее успешных международных проектов стал модуль ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor), установленный на борту Международной космической станции. Благодаря совместным наблюдениям с орбиты и с поверхности, стало возможным получить тысячи видеозаписей и фотоснимков спрайтов и эльфов, что дало новый импульс к анализу их физической природы (ESA, Neubert et al., 2019). Российские учёные отмечают, что высокое качество новых наблюдений позволяет выявлять мелкие детали структуры TLE и уточнять параметры распространения электрических полей в атмосфере.
Физика разрядов и взаимодействие с ионосферой
Спрайты и эльфы уникальны тем, что действуют в слоях атмосферы, где воздушные массы становятся крайне разрежёнными, а стандартные законы движения заряжённых частиц трансформируются. При образовании спрайта сильное электрическое поле прорывает плотную изоляцию воздуха в мезосфере и вызывает лавинообразную ионизацию. Яркая вспышка длится от тысячных до сотых долей секунды, после чего остаточные токи затухают, а воздух вновь становится прозрачен. При этом происходят масштабные перемещения электронов, что влияет на электрические параметры всей толщи атмосферы. Эльфы же представляют собой разновидность оптического следа от распространения электромагнитного импульса, который практически мгновенно достигает границы ионосферы и вызывает свечение в форме расширяющегося кольца. Такой механизм подтверждён моделированием в лабораториях МГУ и анализом спутниковых данных (Журнал экспериментальной и теоретической физики, Гусев и др., 2022).
Влияние на связь и навигацию
В последние годы стало понятно, что TLE, хотя и крайне кратковременны, способны оказывать влияние на работу радиосистем и спутников. Особенно это актуально для длинноволновых и сверхдлинноволновых каналов связи, которые активно используются в России для передачи данных, вещания и систем аварийной связи. Молниевые разряды в сочетании со спрайтами и эльфами могут вызывать кратковременные помехи, изменяя электропроводность ионосферных слоёв. По данным Института солнечно-земной физики РАН, подобные явления требуют учёта в расчётах надёжности радиоканалов, особенно в северных широтах и на Дальнем Востоке, где грозовые фронты часто перемещаются на большие расстояния (Институт солнечно-земной физики, Козлов и др., 2020). Для жителей России эта информация имеет значение при планировании бесперебойной работы критически важных инфраструктур, авиации и морских судов.
Безопасность для человека и перспективы изучения
Для населения спрайты и эльфы не несут прямой опасности, поскольку происходят на больших высотах и энергия разрядов не достигает поверхности Земли. Однако понимание природы этих явлений важно для предсказания гроз, предупреждения метеоопасностей и развития отечественных технологий прогнозирования. Российские научные коллективы активно участвуют в международных программах по изучению верхней атмосферы, а результаты их исследований внедряются в системы мониторинга МЧС и Росгидромета. В ближайшие годы планируется запуск новых спутников с улучшенными датчиками, что позволит отслеживать TLE с ещё большей точностью и использовать эти данные для оперативного предупреждения о стихийных бедствиях.
Российский вклад в исследование TLE
Российские учёные внесли значительный вклад в изучение фиолетовых вспышек верхней атмосферы. Исследования Института прикладной геофизики, МГУ, Физического института им. Лебедева и Института космических исследований РАН признаны на мировом уровне. В публикации Геофизического центра РАН за 2022 год отмечено, что отечественные разработки в области оптического мониторинга позволяют выявлять редкие разновидности спрайтов, анализировать параметры и строить трёхмерные модели процессов ионизации. Особое внимание уделяется условиям возникновения TLE в арктических широтах, что крайне актуально для России как арктической державы (Геофизический центр РАН, Новиков и др., 2022).
Перспективы использования и актуальность для жителей России
В практическом плане информация о спрайтах и эльфах может быть использована при разработке технологий защиты инфраструктуры, мониторинга погодных рисков и усовершенствования радиосвязи. В условиях роста числа экстремальных погодных явлений мониторинг TLE становится важной частью системы предупреждения о грозах, шквалах и других опасностях для авиации, энергетики и транспорта. Жители России могут рассчитывать, что в ближайшем будущем эти исследования обеспечат более точные прогнозы и высокую безопасность при эксплуатации современных технологий.
Итоги и новые горизонты
Спрайты и эльфы, долгое время остававшиеся загадкой для науки, сегодня стали одним из ключевых направлений исследований верхней атмосферы. Эти явления не только раскрывают физические законы, управляющие погодой на планете, но и дают возможность развивать передовые отечественные технологии мониторинга, безопасности и прогноза. Российские учёные, работая в сотрудничестве с международным сообществом, вносят ценный вклад в глобальную науку. Всё больше данных поступает с орбиты, наземных и воздушных станций, что позволяет надеяться на новые открытия уже в ближайшие годы. Для российских специалистов это шанс не только укрепить позиции в мировой науке, но и обеспечить практические решения для жителей страны — сделать инфраструктуру устойчивой, связь надёжной, а прогнозы — более точными.
---
Этот и еще больше подобных материалов у нас на сайте https://x100talks.ru/ (личностный рост, астрология, советы для знаков зодиака, расклады, полезные гайды, семья, самопознание, все для жизни, наука и др)