От огней Святого Эльма до ионосферного свечения, в атмосфере Земли образуется масса диковинных светящихся шаров и других эффектов, некоторым из которых — за долгое их пребывание в мифологическом сознании — не нашли объяснения и до сих пор.
Давайте познакомимся с аномалиями атмосферы и отсеем вымысел от правды.
Огни Святого Эльма
Моряки в море иногда видели голубоватое свечение, которое, кажется, вырывается с концов корабельных мачт в ночное время. Этот свет не горячий и не поджигает ничего на борту. Моряки считали его хорошим предзнаменованием и окрестили свет огнем Святого Эльма.
Атмосферный ученый Стив Акерман из Университета Висконсин-Мэдисона в США был очарован огнями Святого Эльма с того момента, когда его брат с ними столкнулся. Брат Акермана в плохую погоду работал над медными трубами в подвале своего дома. «Гроза пришла в этот район, и в какой-то момент над множеством труб было голубоватое свечение, — говорит Акерман. — Тогда я начал поиски того, что его вызывает».
Грозовые тучи создают сильное электрическое поле, поскольку есть сильная разница в электрических зарядах между облаком и землей, которую иногда можно почувствовать в качестве статического электричества. Это поле может быть усилено остроконечными предметами, вроде металлической трубы или мачты корабля.
Если это электрическое поле станет достаточно сильным, оно разорвет молекулы воздуха на электрически заряженные частицы. Эти газы станут «плазмой» и будут испускать свечение.
Аналогичное свечение плазмы можно создать в лаборатории, используя острые или вытянутые объекты для усиления электрического поля. И все же Акерман хочет наблюдать огни Святого Эльма в природе. «Я пока не видел их самостоятельно, но продолжаю искать».
Блуждающие огни
Подобно огням Святого Эльма, блуждающие огоньки — это слабый свет, который прошел к нам через века. Но в отличие от огней Святого Эльма, в последнее время люди сообщают о них все меньше и меньше. Эти огоньки никогда не создавались в лабораторных условиях. Как правило, это свет, мерцающий или постоянный, летящий близко к земле, чаще появляющийся в болотистых районах сельской местности. Исчезает через несколько минут.
Луиджи Гарлачелли из Университета Павии в Италии хотел бы изучить блуждающий огонек в природе. Но пока непонятно, что изучать.
«Существует риск, что мы ищем что-то, чего даже не существует, — говорит Гарлачелли. — Мы должны верить или надеяться, что все свидетельства блуждающего огонька указывают на реальное явление».
Если бы блуждающий огонек действительно был природным процессом, есть несколько возможных объяснений, которые Гарлачелли мог бы проверить. К примеру, связь с болотистой местностью предполагает, что этот свет появляется вследствие горения болотного газа, чаще всего метана. Впрочем, неизвестно, что приводит к возгоранию газа.
Кроме того, вполне может быть, что все сообщения вымышлены; огоньки были игрой воображения или галлюцинациями, либо отблеском Луны или других огней, которые наблюдатели истолковали неправильно.
Свечение во время землетрясений
«Вы могли бы стать в середину светящегося шара, — говорит Фридеманн Фройнд из института SETI при NASA в Маунтин-Вью, штат Калифорния. — Возможно, ваши волосы наэлектризовались бы, у вас был бы ореол, как у святого. Но ничего бы не горело. Вам было бы весело, но вы бы не пострадали».
Вот что было бы, окажись вы в середине свечения во время землетрясения.
Это свечение представляет собой плазменный разряд, который происходит, когда конкретный тип породы находится под напряжением и создает электрический заряд, говорит Фройнд. «Мы считаем, что когда камни сжимаются вместе очень быстро, заряд высвобождается в виде плазменного разряда из породы».
Он может быть самой разной формы, вида и цвета.
Свечение землетрясений, которое рождается, как ни странно, во время землетрясений, появляется в виде вспышек света, выходящих из-под земли на площади в несколько километров. Они могут подниматься на 200-300 метров в небо на долю секунду, одно за другим.
За последние годы избыток камер безопасности привел к появлению красивых видео, заснявших этот свет.
«Лучшие записи пришли из Перу, — говорит Фройнд. — Мой друг из местного университета прислал запись во время землетрясения силой в 8 баллов на юге Лимы. Сначала прошла ударная волна, а чуть позже появилась серия вспышек».
Шаровая молния
Хотя многие считают шаровую молнию мифом, это явление абсолютно реально.
В 2012 году группа ученых изучала обычные молнии в активном грозовом регионе плато Цинхай в Китае. Внезапно перед ними появился шар света диаметром в 5 метров. Он горел белым и красным несколько секунд, после чего исчез.
Это был первый случай природной шаровой молнии, которую удалось изучить. Ученые записали спектр света, которым обладал шар, и проанализировали его в надежде обнаружить, из чего состоит это загадочное явление.
Оказалось, что происхождение у шаровой молнии вполне земное: почва. Когда обычный удар молнии падает с неба на землю, он может испарить определенные минералы в почве. Некоторые из них содержат кремниевые компоненты, и при чрезвычайных условиях они могут запускать химические реакции с образованием кремниевых нитей.
Эти нити чрезвычайно реактивны и горят на воздухе, образуя оранжевое свечение, которое удалось измерить ученым. Впрочем, споры о происхождении шаровой молнии ведутся и до сих пор, а число возможных теорий давно перевалило за десяток.
Зеленый свет
В последние несколько секунд перед заходом Солнца его свет может стать ярко-зеленым. Но Солнце не меняет цвет: этот свет вызывается миражем.
Атмосфера расщепляет белый свет Солнца на отдельные цвета, подобно призме: красный изгибает сильнее, чем оранжевый, оранжевый сильнее, чем желтый, и так далее. Поскольку красный подвергается самому сильному искривлению, он, кажется, первым уходит за горизонт, за ним следуют оранжевый, желтый и зеленый.
Цвета после зеленого — голубой, синий и фиолетовый — сильно рассеиваются газами в атмосфере. Поэтому небо оказывается синим. И поэтому последний цвет, который можно увидеть, когда Солнце уходит за горизонт, это зеленый.
Обычно этот эффект очень слабый. Чтобы последние зеленые лучи были видимы, должен также появиться мираж, из-за которого Солнце кажется больше, чем обычно. Эти миражи также могут заставить Солнце двигаться в мерцающих волнах, пока оно почти жидкое будет выливаться за горизонт.
Горизонт океана чаще всего производит лучшие миражи для наблюдения зеленого света.
Восходящие молнии
Установив камеры на вершине Эмпайр Стейт Билдинг в Нью-Йорке в 1935 году, Карл Макичрон из General Electric Company записал нечто странное. Молнии двигались не из облаков на землю, а скорее стреляли вверх от зданий в грозовые облака.
Метеорологи сейчас знают, что примерно одна из тысячи молний бьют вверх. Но несмотря на десятилетия исследований по восходящим молниям, их точный механизм остается загадкой.
Фотограф, снимающий грозы, Том Уорнер изучает механизм образования восходящих молний в Школе шахтной промышленности и технологий Южной Дакоты в Рапид-Сити, США. Его и другие исследования показали, что есть два разных типа восходящих молний. Оба они нуждаются в высокой структуре вроде небоскреба или ветряной турбине.
Первый тип требует наличия поблизости сначала обычного удара сверху вниз. Внезапное разрушение электрического поля приводит к тому, что «молния-лидер», канал положительного или отрицательного заряда, проходит в область грозовой тучи с противоположным зарядом.
Второй тип не требует нисходящего удара молнии поблизости и может уходить вверх спонтанно.
Уорнер изучал и снимал эти редкие явления с тех пор, как был очарован восходящей молнией в 2004 году. Чтобы сделать свои снимки и получить данные, он направляет бронированный самолет прямо в сердце бури.
«Возможность чувствовать бури так близко и даже изнутри совершенно невероятна, — говорит Уорнер. — Это сложно и требует мощного сосредоточения. Каждый раз, когда я пролетаю через бурю, я убеждаюсь в том, что это не место для самолета».
Спрайты
Высоко над тучей и ее обменом молниями с землей, вы можете обнаружить неожиданное красное свечение, вытянутое на десятки или сотни километров. Напоминает отчасти медуз, разбросавших свои усики.
Очень большие грозы могут производить такие явления, название которым спрайты (sprites). «Очень интенсивные, — говорит Мартин Фюллекруг из Университета Бата в Великобритании. — Гроза должна произвести особый вид вспышке, и он весьма редкий. Может быть, одна вспышка из тысячи произведет спрайт».
Эти вспышки должны убирать много электронов из грозовой тучи. Чтобы образовался спрайт, необходим длинный, медленный ток, и такие токи могут образоваться в крупных грозовых системах, достигающих 100 километров в поперечнике.
Неуловимость этих мощных красных вспышек обеспечила им их неземное имя, взятое из шекспировского «Сна в летнюю ночь». Но по мере того, как падают цены на мощные камеры, спрайты попадаются на них все чаще и чаще.
Даже обычная камера с хорошим ночным видением может сделать низкокачественный снимок. Любители понаблюдать за метеорами тоже часто собирают данные о спрайтах.
Эльфы
Термин ELVES стал неуклюжим акронимом, выбранным в дополнение к спрайтам. Расшифровывается он так убого, что не каждый ученый сможет его нормально произнести.
«Эльфы» появляются в 80-100 километрах над землей и очень отличаются от спрайтов. «Это расширяющиеся кольца света, — говорит Фюллекруг. — Они похожи на пончики из космоса, с черной дырой посередине, и вытягиваются на 1000 километров или около того».
ELVES мимолетны, живут меньше миллисекунды. Грозовые условия, необходимые для создания «эльфа», включают особый тип молний, с резким повышением тока. В отличие от спрайтов, чтобы получить «эльфа», разряд должен быть очень четким, поэтому два этих события редко встречаются одновременно. ELVES встречаются чаще спрайтов, примерно одна из сотни вспышек молний производит один. Рождаются они в больших и малых грозах, поскольку быстрый ток может появиться в любую бурю.
Из-за своей интенсивности это явление преимущественно белое и очень, очень быстрое. Обнаружить его невооруженным глазом практически нереально.
Синие джеты, гигантские джеты
«Синие джеты — это своего рода загадка», — говорит Фюллекруг.
Первая проблема в том, что они синие. Синие атмосферные феномены трудно изучать с земли, поскольку атмосфера отлично рассеивает синий свет. Также они очень узкие и редкие.
«Мы не знаем идеальных условий, в которых образуются синие джеты, — говорит Фюллекруг. — Одна идея состоит в том, что когда грозы поднимаются очень высоко, они пронизывают тонкие слои атмосферы выше». У штормов имеются мощные восходящие потоки, которые выталкивают их выше обычных высот. «Когда это происходит, может появиться синий джет, но мы не уверены наверняка».
Ученые точно знают, что существует и другое явление, гигантский джет, которое напоминает гибрид синего джета и спрайта. Это широкие, клиновидные потоки света, которые легко разглядеть. Они могут жить 10-100 миллисекунд, то есть исчезают намного медленнее других грозовых явлений.
«Есть замечательные примеры гигантских джетов, которые появляются у берегов Африки, — говорит Фюллекруг. — Но гигантские джеты довольно редкие. Возможно, один из десяти или сотни спрайтов может соединиться с синим джетом и образовать гигантский».
Полярные сияния
Зеленые, синие и красные сияния, появляющиеся над обоими полюсами Земли, представляют собой видимую карту событий, которые происходят за тысячи километров от нас. Когда солнечный ветер — заряженные частицы Солнца, которые проносятся через нашу планету, — встречаются с магнитным полем Земли, они взаимодействуют.
Частицы от Солнца скользят по контурам магнитного поля по направлению к полюсам. Когда они достигают верхних слоев атмосферы, то взаимодействуют с газами. Частицы могут дать молекуле воздуха достаточно энергии, чтобы те испустили электроны и светились в диапазоне цветов.
«Полярные сияния могут иметь много форм и структур, в зависимости от того, что делает магнитосфера, — говорит Чарльз Свенсон из Университета штата Юта в Логане, США. — Могут быть дуги, полосы, бисер, любое название из мира форм. Все смешивается, когда происходят эти драматические события».
Земля не единственная планета с сияниями. «Все, что вам нужно, это солнечный ветер, обдувающий планету, которая имеет газы и магнитное поле», — говорит Свенсон. Сияния видны на Юпитере и Сатурне, хотя газы их атмосфер очень отличаются.
У сияний имеется также невидимый компонент, которым интересуется Свенсон. Заряженные частицы солнечного ветра вызывают электрический ток в сиянии, который трудно изучать с земли. В 2015 году Свенсон запустил ракету к сиянию, чтобы измерить эти невидимые элементы.
«Вопрос в том, двигаются и танцуют ли невидимые части сияния так же быстро, как видимые? — говорит он. — Мы в самом начале, но думаю, что ответом будет: да».
