Image caption Міжнародна космічна станція надає унікальні можливості спостереження за погодними явищами Землі
Грози - одне з найбільш вражаючих явищ в природі. Але те, що ми бачимо з поверхні планети, - це лише "верхівка айсберга", пише кореспондент BBC News з питань науки Мері Холтон.
У верхніх шарах земної атмосфери з блискавками відбуваються взагалі химерні події, і нова наукова місія прагне досліджувати їх.
Для цього на Міжнародній космічній станції (МКС) буде діяти спеціальний комплекс спостереження за взаємодією космосу і атмосфери - Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM).
Вже до кінця квітня він почне стежити за дивними електричними феноменами, які відбуваються над грозами.
Небесна я лабораторні і я
Ваш пристрій не підтримує відтворення
Блискавки на планеті Земля: таймлапс з МКС
Перебуваючи на 400-кілометровій орбіті, МКС має ідеальний огляд всіх турбулентних погодних систем на Землі.
Електричні розряди штормів весь час видно з космічної станції.
І коли блискавка вдаряє в землю, над хмарами відбувається щось зовсім відмінне.
Цей незвичайний феномен, відомий як "перехідні світлові явища" (Transient Luminous Events, TLE) вчені виявили випадково в 1989 році.
Якось американський професор з Університету Міннесоти Джон Рендольф Вінклер напередодні старту ракети перевіряв роботу телекамери. Несподівано вчений звернув увагу на те, що на двох кадрах зафіксувалися яскраві стовпи світла над далекими штормовими хмарами.
Тоді це відкриття шокувало вчених.
Image caption Удари блискавок зосереджуються над материками - найбільше їх в Африці і Південній Америці
Серед дослідників, які вирішили зайнятися феноменом, був і нинішній провідний дослідник команди ASIM Торстен Нойберт - фізик з Данського технічного університету.
"Це всіх нас дуже здивувало. Як це можливо, що таке існує, а ми про це до сих пір не знали? Схоже, це явище відоме пілотам - є кілька оповідань очевидців (подібних процесів - Ред.)", - прокоментував Нойберт.
Добру половину століття до знімків Уінклера ті, хто помічав подібні спалахи (перехідні люмінесцентні явища (TLE), зазвичай описували їх як висхідні промені, або "блискавки навпаки" - спрямовані не вниз, до Землі, а вгору.
Через їх швидкоплинної природи і загадковості ці явища назвали "спрайтами" і "ельфами".
- Назва "спрайт" походить від англійського sprite, тобто "фея", "ельф". З точки зору фізики, це вид електричних розрядів холодної плазми, що б'є в мезосфері і термосфере. У російськомовній літературі їх іноді також називають "примарами" і "червоними примарами" - Ред.
Однак, незважаючи на зменшувально-пестливе назва, яким прозвали феномен, насправді спалаху ці зовсім не маленькі: вони тягнуться в атмосфері на десятки кілометрів.
Червоні примари, ельфи і блакитні струмені
Image caption Спрайт, або червоні примари, можуть тривати кілька мілісекунд
Отже, як же утворюються ці явища?
"Вони дещо відрізняються від блискавок, - розповідає Бі-бі-сі фізик Торстен Нойберт. - Це пульсація електричного поля, що рухається вгору. У місці, де атмосфера стає тонкою, в поле може утворитися електричний розряд. В такому випадку ми говоримо про спрайт" .
Спрайт, або червоні примари, виникають через мілісекунди після потужного удару блискавки.
Ельфи, в свою чергу, утворюються внаслідок вже не електричної, а електромагнітної пульсації, викликаної ударом блискавки. Миттєвий, подібний аурі, ареол ельфа неможливо помітити неозброєним оком. З'являючись в іоносфері, він триває менше однієї мілісекунди.
Але, не дивлячись на свою невловимість, природу ельфів вдалося напрочуд добре вивчити, вважає Мартін Фуллекруг з Університету Бата у Великобританії.
Це найбільш поширені спалаху TLE, що виникають, на думку вчених, вдвічі частіше, ніж спрайт.
"Джет не дуже добре вивчені, оскільки вони ледь помітні. Найчастіше вони блакитного кольору. Крім того, вони не завжди пов'язані з блискавкою. Вони з'являються несподівано і дуже загадкові", - уточнює Фуллекруг.
Ельфів зазвичай помічають над теплими водами океанів, червоні примари (або спрайт) частіше з'являються над сушею.
Найкраще їх спостерігати з Північної Америки, Демократичної Республіки Конго і Південної Африки.
Але їх можна бачити і з інших місць.
Звичайна літня гроза в Великобританії, як правило, простягається над територією протяжністю близько 10 кілометрів. Червоні примари виникають над мезомасштабної конвективними системами (МКС) - штормовими хмарами, які покривають в 10 разів більшу відстань.
- Мезомасштабної конвективними систем ами (або комплексами) метеорологи називають великі скупчення кучеряво-дощових хмар з майже круговій формою, що виникають в тропіках і в помірних широтах. - Ред.
"У Британії час від часу теж трапляються такі грози, - уточнює доктор Фуллекруг. - Зараз ми досліджуємо одну з них, що відбулася в травні минулого року. Під час неї утворилася прекрасна низка спрайтів" [над графством Корнуолл на південному заході Англії - Ред. ].
Тоді червоних привидів вдалося сфотографувати спостерігачам метеоритів, камери яких були налаштовані таким чином, щоб можна було бачити слід падаючих зірок.
Космічні мисливці за грозами
Image caption Спрайт виникають над вершинами хмар
Головне завдання ASIM - вивчити фізику перехідних люмінесцентних явищ (TLE) і властивості гроз, які їх породжують.
У складі спецобладнання - дві камери, здатні робити 12 фотографій в секунду, рентген і детектор гамма-випромінювань.
Ця техніка дозволить міжнародній команді вчених, для багатьох з яких це дослідження є кульмінацією десятків років роботи, визначити, де саме в хмарах виникають червоні примари і блакитні стріли.
Завдяки допомозі Європейського космічного агентства, місія ASIM запланована як мінімум на два роки.
За цей час вчені сподіваються досліджувати по одному спалаху TLE в день, хоча в світі вони відбуваються, за існуючими оцінками, щохвилини.
Для фізика Нойберта цей час буде неймовірно захоплюючим.
"Адже ми толком не знаємо, як влаштована блискавка. Вона виникає так швидко, і так небезпечна ... Дістатися до фізичних процесів, які відбуваються всередині неї, досить складно", - говорить учений.
В тонких верхніх шарах атмосфери спалаху TLE ширше, і краще піддаються дослідженням.
При цьому сам Нойберт зізнається: "Для мене це вікно, що дозволяє заглянути всередину блискавки".
Слідкуйте за нашими новинами в Twitter і Telegram
Як це можливо, що таке існує, а ми про це до сих пір не знали?