Гроза может сопровождаться вспышками не только между облаками или облаком и землёй. Над мощными грозовыми системами иногда возникают короткие световые явления в верхней атмосфере: спрайты, голубые джеты и эльфы. Их не следует путать с обычной молнией, которая видна сквозь облака: эти вспышки происходят гораздо выше, а некоторые из них охватывают область размером в сотни километров.
Такие явления называют переходными световыми событиями. Это не одно и то же, что северное сияние, метеор или «шаровая молния»: у них другие условия и механизмы. Общая связь с грозой тоже не означает, что каждый разряд порождает заметную вспышку наверху. Разобраться в этих событиях помогают высота, форма свечения и связь с электрическими разрядами в облаках.
- Что происходит над грозовым облаком
- Четыре типа вспышек и их отличия
- Спрайты: красные вспышки над молнией
- Голубые джеты: разряд, который поднимается от облака
- Эльфы: кольцо от электромагнитного импульса
- Почему вспышки не видны во время каждой грозы
- Как учёные различают эти события
- Частые вопросы
- Спрайт — это разновидность молнии?
- Почему спрайты красные, а джеты голубые?
- Можно ли увидеть эти явления без специального оборудования?
- Эльфы, спрайты и голубые джеты возникают одновременно?
- Что важно запомнить
Что происходит над грозовым облаком
Грозовое облако — сложная электрическая система. Внутри него разделяются заряды, а разряды изменяют электрическое поле вокруг облака и в атмосфере над ним. При особенно быстрых и мощных изменениях условий отклик может возникать на высотах, где воздух намного разреженнее, чем у поверхности Земли.
В верхней атмосфере воздушных молекул меньше, поэтому поведение электрического поля и возникающего свечения отличается от того, что наблюдается у земли. Энергичные частицы и электрические поля возбуждают молекулы и атомы, которые затем излучают свет. Цвет зависит, в частности, от того, какие частицы светятся и на какой высоте происходит процесс.
Большинство таких вспышек слишком быстры и тусклы для обычного наблюдения. Их регистрируют чувствительными камерами с короткой выдержкой, а также приборами, установленными на спутниках и орбитальных платформах. Съёмка с земли возможна при подходящем направлении и ясном участке неба над удалённой грозой: само облако не должно закрывать вспышку.
Четыре типа вспышек и их отличия
| Явление | Где и как выглядит | Что известно о связи с грозой |
|---|---|---|
| Спрайт | Красноватые разветвлённые вспышки в верхней атмосфере, обычно примерно на высотах 50–90 км | Часто возникают после мощного разряда между облаком и землёй, особенно положительного |
| Голубой джет | Синий или голубой узкий конус, распространяющийся вверх от верхней части облака; может достигать стратосферы | Связан с электрической активностью внутри грозы; механизм запуска изучен не полностью |
| Эльф | Очень краткое расширяющееся свечение, обычно в районе нижней ионосферы, около 90 км | Возникает при воздействии электромагнитного импульса мощной молнии |
| Гигантский джет | Редкий крупный восходящий разряд от грозового облака к верхней атмосфере, иногда почти до ионосферы | Показывает, что электрический разряд может распространяться далеко за пределы облака |
Указанные высоты ориентировочны: границы зависят от конкретного события и от того, какой участок свечения измеряют. Кроме того, названия описывают разные формы и механизмы, а не просто разные цвета одной вспышки. Например, эльф выглядит как расширяющееся кольцо или диск, тогда как спрайт обычно заметен как отдельная вертикальная структура.
Спрайты: красные вспышки над молнией
Спрайт обычно выглядит как красное свечение с вертикальными нитями, которые могут ветвиться или расходиться вниз. Самая яркая часть часто находится высоко, а нижние элементы могут выглядеть голубоватыми. Это не продолжение видимого канала молнии: спрайт возникает намного выше облака и быстро гаснет.
Многие спрайты связывают с мощными положительными разрядами «облако—земля». При таком разряде меняется электрическое поле над грозой, и в разреженном воздухе могут возникнуть условия для свечения. Связь с определённым типом молнии важна, но она не означает, что каждый положительный разряд обязательно вызывает спрайт: результат зависит от совокупности характеристик грозы и атмосферы.
Спрайты были случайно зарегистрированы видеокамерой в 1989 году, после чего их стали целенаправленно искать и изучать. Это пример того, как короткая вспышка могла долго оставаться незамеченной: наблюдатели смотрят на молнии в облаках, а для обнаружения спрайта нужно одновременно видеть участок неба над грозой и использовать достаточно быструю аппаратуру.
Голубые джеты: разряд, который поднимается от облака
В отличие от спрайта, голубой джет начинается непосредственно у верхней части грозового облака и распространяется вверх. Он может иметь форму узкого конуса или факела, а его голубой оттенок связан со свечением в более плотных слоях атмосферы, чем те, где обычно наблюдают верхние части спрайтов. Некоторые джеты поднимаются на десятки километров.
Голубые джеты нельзя считать «молнией, вылетевшей из облака» в бытовом смысле: за этим образом стоят электрические процессы в грозовой системе и разрежающейся с высотой атмосфере. Наблюдения показывают их связь с грозами, однако условия, при которых возникает именно такой восходящий разряд, изучены хуже, чем общая связь спрайтов с мощными молниями. Поэтому при описании джетов полезно отделять установленное направление распространения от ещё исследуемых деталей запуска.
К этому же семейству относят гигантские джеты — особенно протяжённые разряды, которые могут соединять область грозы с нижней частью ионосферы. Их называют гигантскими не из-за необычной яркости, а из-за масштаба распространения. Такие события редки по сравнению с обычными молниями и требуют удачного наблюдения или регистрации приборами.
Эльфы: кольцо от электромагнитного импульса
Название «эльф» происходит от английского сокращения, связанного с излучением и низкочастотными возмущениями в ионосфере. Внешне это обычно быстро расширяющаяся область свечения, а не вертикальный столб. Эльфы появляются очень высоко и существуют чрезвычайно недолго, поэтому камера может зафиксировать их как кольцо, вспыхнувшее над грозой.
Механизм эльфа отличается от механизма спрайта. Мощный молниевый разряд создаёт электромагнитный импульс, который распространяется вверх и воздействует на электроны в нижней ионосфере. Возбуждённые частицы вызывают кратковременное свечение на большой площади. Следовательно, форма кольца связана не с тем, что молния физически пробивает такой круг в небе, а с распространением возмущения в верхней атмосфере.
Почему вспышки не видны во время каждой грозы
Гроза сама по себе не гарантирует появления переходного светового события. Для разных типов вспышек важны разные характеристики: сила и знак молниевого разряда, изменения электрического поля, состояние верхней атмосферы и геометрия наблюдения. Даже подходящее событие может остаться незамеченным, если облака закрывают линию обзора или прибор не успевает зарегистрировать короткий импульс.
Есть и проблема масштаба. Спрайты могут занимать значительную область неба, но быть менее заметными, чем молния в облаке. Эльф быстро расширяется и гаснет, а голубой джет начинается над облачной вершиной, которую с земли часто скрывают сами облака. Поэтому отсутствие наблюдения не доказывает, что над грозой ничего не происходило.
- Короткое время свечения. Многие переходные события длятся от долей миллисекунды до нескольких десятков миллисекунд.
- Неподходящий ракурс. Нужна возможность видеть не только грозовое облако, но и атмосферу над ним.
- Ограничения камеры. Обычная видеозапись может пропустить слабую или очень короткую вспышку.
- Разные механизмы. Нельзя искать все явления как один и тот же тип «молнии наверху».
Как учёные различают эти события
Одной красивой фотографии обычно недостаточно, чтобы точно определить тип вспышки. Исследователи сопоставляют изображения с данными о времени, месте и характеристиках молниевого разряда. Если известен момент наземной молнии, его можно сравнить с появлением свечения над облаком и проверить, совпадают ли они по времени и пространственному положению.
Скоростная съёмка помогает восстановить форму события: распространяется ли свет вверх от облака, разветвляется ли он вертикально или расширяется кольцом. Спектральные наблюдения позволяют изучать состав излучения и условия в среде, где оно возникло. Спутниковые приборы дают другой ракурс и помогают регистрировать вспышки над удалёнными грозовыми системами, которые трудно наблюдать с земли.
Подобные измерения важны не только для классификации редких огней. Они помогают исследовать электрическую связь между нижней атмосферой и ионосферой — областью верхней атмосферы, где много заряженных частиц. При этом переходные световые события не следует представлять как опасность для человека на земле: они происходят на большой высоте и не являются разрядами, направленными к наблюдателю.
Частые вопросы
Спрайт — это разновидность молнии?
Спрайт связан с электрическими процессами грозы, но не является обычным каналом молнии между облаком и землёй. Он возникает значительно выше грозового облака, в разреженной атмосфере, и быстро светится. Поэтому точнее говорить о переходном световом событии, связанном с молниевым разрядом.
Почему спрайты красные, а джеты голубые?
Цвет связан с тем, какие частицы излучают свет и в каких условиях это происходит. Спрайты обычно наблюдаются как красные структуры в верхней атмосфере, а голубые джеты распространяются из верхней части облака через более плотные слои. Упрощённо объяснять разницу только «температурой вспышки» некорректно: важны состав среды и процессы возбуждения частиц.
Можно ли увидеть эти явления без специального оборудования?
Иногда яркий спрайт или джет удаётся заметить невооружённым глазом, если небо над грозой открыто и наблюдатель находится достаточно далеко от облаков. Но события короткие и часто тусклые, поэтому надёжнее использовать чувствительную камеру и просматривать запись покадрово. Смотреть следует только из безопасного места и не приближаться к грозе ради наблюдений.
Эльфы, спрайты и голубые джеты возникают одновременно?
Иногда над одной грозовой системой могут регистрироваться разные типы событий, но это не означает, что они обязательно появляются вместе. У каждого явления свои условия и характерная связь с электрическими процессами. Чтобы установить последовательность, нужны точные временные записи нескольких приборов.
Что важно запомнить
Спрайты, голубые джеты, эльфы и гигантские джеты — разные проявления взаимодействия гроз с верхней атмосферой. Их различают по высоте, форме, направлению распространения и предполагаемому механизму: спрайт вспыхивает над грозой, джет поднимается от облака, а эльф представляет собой быстро расширяющееся свечение, вызванное электромагнитным импульсом. Точные условия возникновения некоторых типов, особенно голубых джетов, продолжают изучать. Поэтому надёжное объяснение сочетает установленные наблюдения с осторожностью там, где механизм ещё не описан полностью.
