Молния. Живут ли в земной атмосфере эльфы и гномы?

Помимо обычных молний, вспышками которых можно любоваться во время гроз под раскаты грома, существует редкий вид трудноразличимых газовых разрядов с фэнтезийными названиями. Они устраивают великолепное световое представление в верхних слоях атмосферы. На больших высотах — от 30 до 150 километров — иногда возникает целый зоопарк этих сказочных существ: красных эльфов, синих конусообразных гномов и других героев, порождённых электричеством.

Почтенный профессор-пенсионер Джон Рандольф Уинклер, всю жизнь проработавший в NASA, проводил ночную видеосъёмку грозовых облаков с помощью светочувствительной аппаратуры. На кадрах отснятой плёнки, которые он потом просматривал с азартом исследователя, были заметны странные яркие разряды, направленные не вниз, как и полагается молниям, а наоборот, вверх, к термосфере.

Вспышки, совершенно случайно обнаруженные Уинклером 6 июля 1989 года, рождались примерно на 14-километровой высоте и тянулись на 20 километров в длину. Причины их появления были неизвестны науке на тот момент, поэтому профессор решил не торопиться с обнародованием открытия и захотел дождаться новой грозы, чтобы получить более убедительные факты.

В конце сентября того же года представился подходящий случай: Миннесоту накрыла мощная гроза, принесённая ураганом «Хьюго». Уинклер снова запечатлел на камеру множество удивительных высотных молний над облаками. Интересно, что профессор, уже не работавший в аэрокосмическом агентстве, в данной ситуации формально являлся любителем, однако на самом деле он таковым, конечно, не был. Его пытливый ум чётко понимал, что отныне на нём лежит ответственная миссия.

Учёный обратился к своим насовским коллегам и рассказал о своих наблюдениях. Те с большим скепсисом отнеслись к такому заявлению. Что за призрачные вспышки? Но всё же благодаря репутации Джона Уинклера и его прошлым заслугам, они подняли архивные записи, которые были сделаны по программе полётов космических шаттлов. И присмотревшись повнимательнее к плёнкам, они были очень удивлены: там сверкали сотни похожих разрядов. Теперь можно было смело печатать статьи в ведущих научных журналах, что Уинклер и сделал. Его публикации вызвали настоящий фурор среди физиков, астрономов и даже специалистов по авиабезопасности.

Через четыре года, после предварительной подготовки, NASA развернуло полномасштабное изучение высотных разрядов и не раз обращалось за консультациями к своему бывшему сотруднику, хотя в саму исследовательскую группу его так и не позвали. Результаты были впечатляющими: колоссальные разряды, названные спрайтами (феями воздуха), были зафиксированы на высоте 60 километров. Возник вопрос: почему их не видели раньше? Штудирование исторических памяток показало, что люди веками наблюдали эти явления, но сообщения очевидцев никто не воспринимал всерьёз, ссылаясь на отсутствие убедительных доказательств.

Творческий коллектив небесного театра под руководством грандиозного режиссёра — грозовых облаков — разнообразен. Он представлен расположенными внизу короткими голубыми джетами, красно-фиолетовыми спрайтами, находящимися немного выше, и, наконец, красными кольцеобразными эльфами, летающими в самой вышине. А теперь рассмотрим подробнее всю эту разношёрстную публику.

Голубые джеты — самые таинственные и трудноуловимые артисты в труппе высотных разрядов. За короткий «рост», который, впрочем, достигает 40-километровой длины, их также называют «гномами». В том слое атмосферы, где рождаются джеты, давление ещё более-менее высокое, поэтому нет ничего удивительного в том, что они голубые. Точно такой цвет имеют и обыкновенные молнии или коронные разряды на линиях электропередачи. Это явление обусловлено свечением молекул азота в ультрафиолетовом диапазоне.

Помимо обычных гномов, есть очень интересный тип, называемый гигантскими джетами. Они возникают хоть и не очень далеко от земной поверхности, зато поднимаются на высоту в 90 километров. Неудивительно, что геофизики испытывают к ним повышенный интерес, ведь такие джеты совершают беспрерывный скачок из тропосферы прямиком в ионосферу. Единственный их недостаток — это чрезвычайно короткое время жизни, составляющее крошечные доли секунды, поэтому их трудно наблюдать и регистрировать.

Красные спрайты. Это настоящие знаменитости среди высотных газовых разрядов, поэтому к ним проявляется такой же интерес, как к популярным голливудским актёрам. Каждый день на нашей планете вспыхивает огромное количество спрайтов, и в отличие от джетов их легче заметить невооружённым глазом.

Спрайты представляют собой объёмные атмосферные образования, рождающиеся на высоте 70−90 километров и больше. На такой высоте атмосферный азот даёт красное свечение, а ближе к земле, с ростом давления, он меняет цвет на фиолетовый, синий и белый. Именно поэтому верхняя часть спрайтов имеет однородный тёмно-красный цвет, а та часть, которая находится ниже 70 километров, светится фиолетовым.

Эльфы — самые малоизученные и неуловимые высотные разряды с коротким периодом жизни. Они появляются в нижней ионосфере на высоте до 100 километров и представляют собой стремительно расширяющиеся красные кольца, диаметр которых достигает 400 километров. Как правило, эльфы возникают в течение нескольких микросекунд после того, как обычная молния из грозового облака разрядится в землю. Узреть «эльфа» невооружённым глазом невозможно по очевидным причинам. Их можно зафиксировать только высокочувствительными приборами.

Несмотря на то что уже прошло достаточно много времени с момента открытия «духов воздуха», их изучение всё ещё находится на стадии накопления первичных данных. Поэтому физическая природа гномов, спрайтов, эльфов ещё до конца не выяснена. Учёные пока разработали только общее описание механизмов и принципов их образования. Точно известно только то, что благодаря грозовым облакам создаётся мощное электромагнитное поле над ударяющей обычной молнией, которое и разряжается вспышками, направленными вертикально.