NASA наблюдает за спрайтами (с видео)

На высоте около 80 км над Землей, высоко над грозовыми облаками, танцует особый вид молний. Короткие, длительностью всего в одну тысячную секунды, вспышки красного и синего света, известные как «спрайты». Их часто можно увидеть только с борта самолета над грозой, и они происходят так быстро, что можно запросто их пропустить. Один из труднодоступных пунктов, откуда открывается хороший вид на спрайты, — Международная космическая станция. 30 апреля 2012 года астронавты на МКС зафиксировали характерную красную вспышку спрайта, предоставив исследователям редкую возможность его наблюдения.

Спрайты настолько сложно запечатлеть, что почти целый век пилоты лишь сообщали о них, пока ученые из Университета Миннесоты не сняли один случайно в июле 1989 года. С тех пор исследователям на самолетах изредка удавалось сделать снимки, но систематически их снимать по-прежнему трудно. Поэтому группа ученых при поддержке японского телеканала NHK в течение двух недель летом 2011 года целенаправленно охотилась за этим явлением.

Снимая со скорости 10 000 кадров в секунду с двух отдельных самолетов, команда записала одни из лучших видео спрайтов, которые когда-либо были получены. Эти записи можно использовать для изучения этого малоизученного феномена и сил, которые его создают. Съемка с двух самолетов, летящих на расстоянии 19 км друг от друга, позволила команде построить трехмерную картину спрайтов. Данные наземных измерений дополнили картину.

«Наблюдать за ними — зрелищно, — говорит геофизик из Университета Аляски Ханс Стенбек-Нильсен. — Но нам нужны видео, потому что они не только столь быстры, что можно моргнуть и пропустить их, но и излучают большую часть света в красном диапазоне, где человеческий глаз относительно слеп».

В течение тех двух недель ученые каждый вечер вылетали из Денвера (Колорадо) и преследовали грозовые облака. Определение направления полета было отдельной задачей, порученной человеку за компьютером, следившему за погодными системами. Однако, когда самолет находил активную зону спрайтов, часто удавалось заснять несколько явлений подряд. Первая вспышка спрайта обычно сменяется распадом на множество светящихся стримеров — выяснение причины этого расхождения является одной из ключевых задач, которую исследователи попытаются решить с помощью этих записей.

Согласно базовому пониманию, спрайты связаны с молнией, при которой электрически нейтральное облако разряжает часть электричества в землю. Обычно отрицательный заряд переносится из облака на землю, но примерно в одном случае из десяти это положительный заряд — и тогда верхняя часть облака остается заряженной отрицательно. Именно в этом одном случае из десяти электрическое поле над облаком становится «подходящим» для возникновения спрайта — электрического разряда на высоте 80 км над грозой.

Обычно погода, которую мы наблюдаем у поверхности, считается отдельным явлением от процессов, происходящих выше в атмосфере, в области, известной как мезосфера. Однако спрайты демонстрируют, что некая фундаментальная физика связывает эти два региона, поднимая интересные вопросы о взаимном обмене энергией между ними.