Гроза может сопровождаться короткими вспышками не только внутри облаков и между облаком и землёй. Выше грозовых облаков, в стратосфере и мезосфере, возникают спрайты, синие джеты и другие кратковременные световые явления. Их называют транзиентными световыми событиями — это не единый вид молнии, а группа атмосферных электрических и оптических эффектов.
Большинство таких вспышек слишком тусклые, короткие или высокие, чтобы их легко заметили невооружённым глазом. Но чувствительные камеры и наблюдения с самолётов и из космоса позволили изучать их систематически. Важно и то, что связь со грозой не означает, будто каждый разряд обязательно порождает видимое свечение над облаком.
- Почему возникают вспышки над грозой
- Чем отличаются основные виды
- Спрайты: красные вспышки над грозовыми системами
- Синие джеты и гигантские джеты
- ELVES: кольцо, которое расширяется почти мгновенно
- Как учёные обнаружили эти явления
- Можно ли увидеть их самостоятельно
- Частые вопросы
- Спрайт — это молния?
- Почему спрайты красные?
- Видны ли такие явления невооружённым глазом?
- Все ли вспышки над грозой — спрайты?
- Почему эти вспышки важны
Почему возникают вспышки над грозой
Гроза меняет электрическое поле в атмосфере. Особенно мощный разряд молнии способен быстро перераспределить заряд и вызвать электрические возмущения выше облака. В разреженном воздухе на большой высоте эти возмущения возбуждают молекулы и атомы, которые затем испускают свет.
Для появления верхнего свечения важны не только сила разряда, но и особенности грозовой системы, распределение зарядов и состояние атмосферы. Поэтому связь между конкретной молнией и вспышкой устанавливают по времени и данным измерительных приборов, а не только по внешнему сходству. Некоторые события регистрируются приборами, даже когда наблюдатель не видит заметного свечения.
Верхние атмосферные явления не следует представлять как обычную молнию, которая просто продолжилась вверх. У них разные формы и механизмы: одни связаны с быстрым изменением электрического поля, другие выглядят как светящиеся каналы, распространяющиеся от верхушки облака. Разрежённый воздух и условия электрического пробоя на высоте отличаются от условий у земли.
Чем отличаются основные виды
| Явление | Как выглядит | Где наблюдается | Ключевая особенность |
|---|---|---|---|
| Спрайт | Красноватые столбы, разветвления или медузообразные структуры | В мезосфере, примерно на высотах 50–90 км | Часто связан с мощным разрядом молнии облако—земля |
| Синий джет | Узкий голубой или синий конус, направленный вверх | От вершины грозового облака в стратосферу | Распространяется вверх из облачной системы |
| Гигантский джет | Большой разветвлённый светящийся канал | От грозового облака к верхним слоям атмосферы | В редких случаях достигает области нижней ионосферы |
| ELVES | Быстро расширяющееся кольцо или диск слабого свечения | Около нижней границы ионосферы, примерно на высоте 90 км | Возникает от электромагнитного импульса молнии |
Высоты в таблице ориентировочные: границы свечения зависят от конкретного события и способа измерения. При наблюдении с земли перспектива тоже обманчива. Высокое явление может казаться расположенным прямо над ближайшим облаком, хотя на деле оно происходит далеко за ним.
Спрайты: красные вспышки над грозовыми системами
Спрайты чаще всего описывают как красноватые вспышки с вертикальными столбами и тонкими разветвлениями. Их верхняя часть может выглядеть более размытой, а нижняя — распадаться на длинные нити. Такая форма дала повод сравнивать их с медузой, но очертания не всегда одинаковы: встречаются компактные и более сложные структуры.
Спрайты возникают высоко над облаками, преимущественно в мезосфере. Многие из них связывают с мощными положительными разрядами между облаком и землёй. Однако это не правило вида «одна молния — один спрайт»: далеко не всякий подходящий разряд сопровождается зарегистрированным событием, а отсутствие записи не доказывает, что вспышки не было.
Свечение спрайта очень короткое: основная вспышка обычно длится миллисекунды, хотя отдельные детали структуры могут наблюдаться дольше. Красный цвет связан со свечением возбуждённых молекул азота в разреженной атмосфере; ниже могут быть заметны голубоватые оттенки. Глаз не всегда успевает различить сложную форму, особенно если человек смотрит на освещённую городскую местность.
Синие джеты и гигантские джеты
Синие джеты выглядят не как вспышка над облаками, а как направленный вверх конус или узкий луч, исходящий от верхней части грозовой системы. Их свечение связано с электрическими процессами в атмосфере, а голубой оттенок — с излучением азота. Такие явления поднимаются в стратосферу, но обычно не достигают тех высот, где наблюдают спрайты.
Гигантский джет — более редкое и масштабное событие. В ходе него светящийся канал может распространяться от грозового облака к верхней атмосфере, вплоть до области нижней ионосферы. Наблюдения таких событий важны для понимания обмена электрическим зарядом между грозовыми системами и верхними слоями атмосферы. Но термин «гигантский» описывает масштаб явления, а не его яркость для наблюдателя на земле.
Джеты могут быть трудны для наблюдения с поверхности: облако закрывает нижнюю часть явления, а само событие быстро развивается. Поэтому существенную роль играют наблюдения с самолётов и космических аппаратов, которые видят грозу сверху или сбоку. Это также помогает отличать реальные атмосферные структуры от оптических эффектов съёмки.
ELVES: кольцо, которое расширяется почти мгновенно
Название ELVES образовано от английского выражения, описывающего излучение света и очень низкочастотные возмущения, вызванные электромагнитным импульсом. В отличие от спрайта, это явление часто выглядит как широкий светящийся круг или диск, который быстро увеличивается в размерах. Наблюдается он высоко в атмосфере и может охватывать большую область над грозой.
ELVES возникают, когда электромагнитный импульс мощной молнии воздействует на верхнюю атмосферу и возбуждает её молекулы. Вспышка чрезвычайно короткая — порядка миллисекунды, поэтому её проще зафиксировать быстрой камерой или прибором, чем заметить при обычном наблюдении. Кольцевая форма связана с распространением возмущения, а не с тем, что в небе физически движется круглый объект.
Если спрайт напоминает вертикальную структуру, а джет — канал, направленный от облака вверх, то ELVES чаще проявляется как быстро расширяющаяся область свечения. На одной записи разные явления могут перекрываться или выглядеть похожими из-за расстояния и экспозиции камеры. Поэтому для надёжного определения типа события нужны временные характеристики, геометрия и сопоставление с данными о молниях.
Как учёные обнаружили эти явления
Систематическое изучение спрайтов началось после случайной видеозаписи, сделанной исследователями в 1989 году во время наблюдений за ракетным запуском. Это не означает, что люди прежде никогда не видели необычных вспышек над грозами: скорее, редкое и короткое явление долго было трудно документировать и уверенно связать с атмосферными процессами.
В дальнейшем наблюдатели использовали высокочувствительные камеры, приборы для регистрации света и радиоволн, а также данные о разрядах молний. Сопоставление методов помогает установить высоту, длительность и форму события. Спутниковые наблюдения особенно полезны для изучения больших грозовых систем и явлений, которые с земли закрыты облаками или находятся далеко за горизонтом наблюдения.
Фотография сама по себе не всегда даёт однозначный ответ. Слишком длинная выдержка может превратить короткую вспышку в протяжённый след, а отражение в стекле или внутренний блик объектива — создать ложную фигуру. Поэтому научная интерпретация опирается на повторные наблюдения и проверку сигнала несколькими независимыми способами.
Можно ли увидеть их самостоятельно
Наблюдатели выбирают тёмное место с открытым видом на удалённую грозу и следят за областью над вершинами облаков. Шансы повышают чувствительная камера и видеозапись, поскольку событие может длиться всего несколько миллисекунд. Даже при подходящей погоде результат не гарантирован: редкое явление может не возникнуть, остаться за облаками или оказаться слишком тусклым.
Нельзя уверенно определять спрайт только по красной точке на одном кадре. Стоит проверить, не является ли она бликом, отражением или артефактом сенсора, и сравнить несколько кадров видеозаписи. Указание точного времени и направления наблюдения помогает сопоставить запись с данными грозовых и метеорологических наблюдений.
Наблюдать следует с безопасного расстояния от грозы и укрыться при приближении опасной погоды. Поиск вспышек не должен отвлекать от молний у земли, сильного ветра и других угроз грозы. Верхние световые явления сами по себе происходят на большой высоте, но условия, при которых их ищут, связаны с обычной грозовой опасностью.
Частые вопросы
Спрайт — это молния?
Это связанное с грозой электрическое и оптическое явление, но не просто обычная молния, продолжившаяся вверх. Спрайт возникает в разреженной атмосфере и имеет собственную структуру и условия появления.
Почему спрайты красные?
Красное свечение связано с излучением возбуждённых молекул азота на большой высоте. В нижних частях некоторых структур могут появляться голубоватые оттенки.
Видны ли такие явления невооружённым глазом?
Иногда их удаётся заметить при хороших условиях, но короткая длительность и слабая яркость делают наблюдение сложным. Камера с высокой чувствительностью часто фиксирует больше деталей, чем успевает различить глаз.
Все ли вспышки над грозой — спрайты?
Нет. Это могут быть джеты, ELVES, другие транзиентные события или оптические артефакты. Для определения важны форма, высота, длительность и связь записи с конкретной грозой.
Почему эти вспышки важны
Спрайты, джеты и ELVES показывают, что электрические процессы грозы не ограничиваются облаком и поверхностью земли. Изучая их, исследователи уточняют, как молнии влияют на верхнюю атмосферу и как быстро распространяются электрические возмущения. Эти явления редки для случайного наблюдателя, но представляют собой важную часть физики земной атмосферы.
