20 tahun yang lalu, pada malam 5-6 Juli 1989, sebuah peristiwa penting terjadi dalam sejarah penjelajahan planet Bumi. John Randolph Winkler, seorang pensiunan profesor, veteran NASA berusia 73 tahun, mengarahkan kamera video dengan sensitivitas tinggi ke awan badai, dan kemudian, melihat rekaman bingkai demi bingkai, dia menemukan dua kilatan terang, yang, tidak seperti kilat, tidak jatuh ke tanah, tetapi sampai ke ionosfir. Jadi sprite ditemukan - yang terbesar dari pelepasan ketinggian tinggi di atmosfer bumi. Mereka dengan jelas mengkonfirmasi keberadaan sirkuit listrik global di planet kita dan memberikan peluang baru untuk studinya.
Mari cari tahu lebih lanjut tentang ini …
Pelepasan yang dicatat oleh John Winkler dimulai dari ketinggian 14 kilometer, dan dimensinya lebih dari 20 kilometer. Mekanisme yang menyebabkan kemunculan mereka tidak jelas, dan dibutuhkan keberanian ilmiah untuk mengumumkan pelepasan listrik yang naik dari perbatasan troposfer ke ketinggian seperti itu.
Untuk mendapatkan bukti yang lebih meyakinkan, Winkler yang antusias menunggu sampai Badai Hugo menghantam Minnesota dan pada malam 22-23 September kembali mencatat banyak pelepasan ketinggian yang sama di atas awan petir. Menariknya, penelitian ini dilakukan secara formal sebagai amatir, karena tidak termasuk dalam program ilmiah mana pun. Tapi Winkler, tentu saja, bukanlah seorang amatir dan bertindak tegas, seperti orang yang sangat menyadari misinya. Dari pekerjaan sebelumnya di NASA, dia memiliki kamera video berkecepatan tinggi yang rusak. Dia membujuk dekan departemen fisika di University of Minnesota untuk mengalokasikan $ 7.000 untuk memperbaikinya dan memasang peralatan untuk menganalisis catatan di rumahnya.
Rekaman unik dari pelepasan raksasa membuat takut Winkler sekaligus membuatnya bahagia. Bagaimana jika pelepasan seperti itu menghantam pesawat? Dan ilmuwan itu berpaling kepada rekan-rekannya dari NASA dengan peringatan. Mereka mulai ragu. Apa sajakah pelepasannya? Tetapi untuk menghormati masa lalu Winkler, mereka melihat rekaman penerbangan pesawat ulang-alik. Dan mereka tidak bisa mempercayai mata mereka: lebih dari selusin pelepasan seperti itu ditemukan di film-film. Winkler melakukannya dengan benar. Sebagai seorang profesional, ia membawa masalah ini ke kesimpulan logisnya - publikasi di jurnal ilmiah terkemuka Geophysical Research Letters (1989) dan Science (1990).
Video promosi:
Artikel tersebut benar-benar mengejutkan para ahli di bidang astronomi, listrik atmosfer, radiofisika, akustik atmosfer, fisika pelepasan gas, dan keamanan ruang angkasa. Setelah publikasi ini, NASA tidak dapat lagi mengabaikan kemungkinan ancaman terhadap pesawat ruang angkasa dan memulai studi terperinci tentang pelepasan di ketinggian. Selama tiga tahun persiapan untuk pekerjaan ini, Winkler berulang kali berkonsultasi, tetapi tidak pernah dimasukkan dalam program itu sendiri.
Pada malam pertama pengamatan, 7 Juli 1993, di stasiun ilmiah dekat Fort Collins (Colorado), para peneliti yang terkejut mencatat lebih dari 240 pelepasan dari ketinggian. Malam berikutnya, laboratorium terbang khusus di atas pesawat DC-8 dikerahkan untuk mengesampingkan kesalahan dalam penentuan ketinggian. Hasilnya melebihi semua ekspektasi: suar besar terdeteksi pada ketinggian setidaknya 50-60 kilometer. Untuk menghormati Pak yang gelisah dari "A Midsummer Night's Dream" Shakespeare, mereka diberi nama sprite, yaitu air spirit. Secara alami, pertanyaan muncul: mengapa mereka tidak tahu tentang pelepasan ini sebelumnya, jika setiap front badai yang kuat menghasilkan lusinan?
Analisis literatur telah menunjukkan bahwa selama ratusan tahun banyak orang telah melihat pelepasan yang tidak biasa dan sangat besar di atas awan. Mereka disebut petir roket, pelepasan muatan stratosfer mendung, kilat naik dan bahkan petir dari awan ke angkasa. Tetapi karena tidak adanya bukti yang dapat dipercaya, laporan saksi mata yang aneh diabaikan begitu saja. Mereka bahkan mengabaikan spesialis yang terkenal dan dihormati di bidang kelistrikan atmosfer seperti peraih Nobel Charles Thomson Wilson, yang menulis tentang fenomena serupa dalam artikelnya pada tahun 1956. Dibutuhkan bakat, pengalaman, ketekunan dan keberanian Profesor John Winkler, sehingga "ini tidak bisa" dengan sangat cepat berubah menjadi "tetapi siapa yang tidak mengetahui ini." Sekarang, di banyak video di Internet, Anda dapat memeriksa kategori ini secara mendetail.
John Winkler meninggal pada tahun 2001. Dia tidak melakukan lebih banyak pekerjaan di kelas dataran tinggi, meskipun sulit dipercaya bahwa dia tidak mau - setelah kesuksesan ini dan itu. Publikasi di Science secara teratur dirujuk, tetapi tampaknya tidak termasuk dalam proyek. Obituari yang ditulis oleh rekan-rekannya menunjukkan kebencian padanya. Namun sia-sia. Sprite merah dan ungu memberi hormat kepada John Randolph Winkler setiap hari karena dia mengajari orang untuk melihatnya.
Segera, para peneliti menemukan seluruh pertunjukan cahaya yang berlangsung di atmosfer atas di atas badai petir. Aktor utama di dalamnya (dalam urutan dari bawah ke atas): jet biru, yang kadang-kadang disebut gnome (karena mereka berada di bawah), di tengah adalah sprite dan lingkaran cahaya ungu-ungu, dan di atasnya ada cincin kemerahan - elf melayang di ketinggian. Tapi, tentu saja, kita tidak boleh melupakan sutradara di balik pertunjukan megah - ini adalah awan badai dan petir yang terkenal. Sebenarnya, hingga saat ini, rombongan itu lebih banyak, tetapi para peneliti secara bertahap menyingkirkan roh, ubur-ubur (beberapa jenis sprite) dan "makhluk hidup" nyaring lainnya.
Perlu dicatat bahwa latihan dengan nama yang indah tidak hanya menyenangkan dalam gaya "lelucon fisika", seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Seperti dalam bisnis pertunjukan, dalam sains promosi ide dan tren memainkan peran penting, karena di sana-sini ada perebutan sumber daya. Bidang ilmu yang didengar oleh masyarakat biasanya didanai dengan lebih murah hati. Ingat setidaknya nanoteknologi, yang semua orang bicarakan, tetapi tidak ada yang benar-benar dapat menjelaskan apa itu dan mengapa begitu banyak uang perlu diarahkan ke sana. Tapi mari kita kembali ke penampilan kita dan memperkenalkan semua orang secara lebih rinci kepada penonton yang paling terhormat.
Peri adalah yang paling fana dan berumur pendek di keluarga dataran tinggi. Cincin ungu-ungu bercahaya ini muncul di ionosfer bawah pada ketinggian 80-100 kilometer. Dalam waktu kurang dari satu milidetik, kilauan yang muncul di tengah, meluas hingga 300-400 kilometer dan menghilang. Para elf belum dipelajari dengan sangat detail, mungkin karena mereka tidak menimbulkan banyak kontroversi dan tidak menjanjikan kemajuan yang serius dalam memahami sifat pelepasan atmosfer. Mereka terlahir tiga per sepuluh ribu detik (300 mikrodetik) setelah sambaran petir yang kuat dari badai petir ke tanah. Batangnya menjadi "antena pemancar", dari mana gelombang elektromagnetik bola yang kuat dengan frekuensi sangat rendah dimulai dengan kecepatan cahaya. Dalam 300 mikrodetik, ia hanya mencapai ketinggian 100 kilometer, di mana ia menggairahkan cahaya merah-ungu dari molekul nitrogen. Gelombang semakin jauhsemakin lebar cincin itu, sampai menghilang dari sumbernya.
Jet biru, atau gnome, adalah makhluk yang paling misterius, langka, dan sulit diamati dalam kumpulan pelepasan baru di ketinggian. Gnome tampak seperti kerucut terbalik sempit berwarna biru, dimulai dari tepi atas badai petir dan terkadang mencapai ketinggian 40 kilometer. Kecepatan propagasi jet biru adalah dari 10 hingga 100 km / s. Namun yang paling aneh adalah penampilan mereka tidak selalu dikaitkan dengan sambaran petir yang terlihat. Pada ketinggian tempat jet diluncurkan, tekanannya masih relatif tinggi, dan tidak mengherankan jika warnanya biru. Beginilah kilat, lucutan korona pada kabel, lucutan percikan, dan bahkan nyala api bersuhu tinggi. Ini juga merupakan pancaran molekul nitrogen, tapi bukan pada garis merah-ungu, seperti dalam kasus elf, tapi pada ultraviolet-biru.
Selain jet biasa, yang disebut blue starters terkadang putus dari tepi atas awan. Mereka tidak naik di atas 30 kilometer. Beberapa ilmuwan percaya bahwa ini hanyalah sambaran petir yang diarahkan ke atas ke area di mana tekanan turun dengan cepat, dan oleh karena itu, penyulut meluas lebih dari petir konvensional. Yang lain menganggapnya sebagai jet terbelakang.
Tetapi jenis jet biru yang paling menarik disebut jet raksasa. Mulai tidak terlalu jauh dari permukaan bumi, tingginya mencapai 90 kilometer. Ketertarikan ahli geofisika pada jet raksasa untuk menyesuaikan ukurannya, karena pelepasan ini membuat "penerbangan tanpa henti" dari troposfer langsung ke ionosfer. Namun, mereka sangat langka, dan telah direkam tidak lebih dari selusin kali dengan andal. Pada saat yang sama, mereka hidup sepersekian detik, yang, pada prinsipnya, memungkinkan mereka diperhatikan dengan mata telanjang.
Teori jet hanya membuat langkah pertamanya. Bahkan belum jelas seperti apa fenomena ini. Jika menurut sifatnya mereka dekat dengan saluran bercahaya petir dalam tahap pengembangan, maka menjadi jelas mengapa kelahiran jet tidak dikaitkan dengan petir: itu sendiri adalah kilat. Tapi, mungkin, analogi yang lebih dekat adalah pelepasan di dalam awan petir, yang memberi energi pada saluran petir. Dalam hal ini, akan lebih sulit untuk memahami sifat jet, karena teori pelepasan semacam itu berada pada tahap awal pengembangan.
Jumlah observasi dan publikasi terbesar dikhususkan untuk sprite merah. Ini adalah bintang pop nyata di antara pelepasan atmosfer di dataran tinggi. Kadang-kadang, ketertarikan pada mereka tampak terlalu panas seperti pada penyanyi populer. Mengapa mereka pantas mendapatkan perhatian seperti itu? Intinya mungkin mereka mudah diamati (jika, tentu saja, Anda tahu bahwa itu mungkin). Puluhan ribu sprite lahir di dunia setiap hari, dan sungguh menakjubkan bahwa mereka sudah lama tidak diperhatikan.
Sprite adalah semburan volumetrik yang sangat terang yang terjadi pada ketinggian 70-90 kilometer dan turun 30-40 kilometer, dan terkadang lebih. Di bagian atas, lebarnya terkadang mencapai puluhan kilometer. Ini adalah pelepasan paling banyak dari dataran tinggi. Seperti elf, sprite terkait erat dengan petir, tapi tidak semuanya. Kebanyakan petir menyambar dari bagian awan yang bermuatan negatif (rata-rata, lebih dekat ke tanah). Tetapi 10% petir yang menyambar tanah dimulai dari area bermuatan positif, dan karena area utama lokasi muatan positif lebih besar dari pada yang negatif, maka petir positif lebih kuat. Diyakini bahwa pelepasan kuat seperti itu menghasilkan sprite yang berkedip di mesosfer sekitar seperseratus detik setelah pelepasan awan ke bumi.
Warna merah-ungu dari sprite, seperti warna elf, diasosiasikan dengan nitrogen atmosfer. Bagian atas sprite bersinar secara seragam, tetapi di bawah 70 kilometer, debit tampaknya terjalin dari saluran setebal ratusan meter. Strukturnya adalah fitur sprite yang paling menarik untuk dipelajari. Saluran disebut pita dengan analogi dengan pembuangan jarum yang terkenal di tepi tajam benda dalam badai petir dan pada kabel tegangan tinggi. Benar, ketebalan pita terestrial berada di urutan satu milimeter, dan dalam sprite mereka 100.000 kali lebih besar. Belum jelas mengapa diameter pita meningkat jauh - jauh lebih cepat daripada penurunan tekanan udara seiring ketinggian.
Halo adalah cahaya ungu kemerahan seragam di ketinggian sekitar 80 kilometer. Alasan pelepasannya tampaknya sama dengan bagian atas sprite, tetapi tidak seperti mereka, halo selalu muncul tepat di atas kilatan petir. Sprite mengambil kebebasan berada di suatu tempat di samping. Tampaknya ada hubungan antara sprite dan lingkaran cahaya, tetapi mekanismenya masih belum jelas. Mereka terkadang muncul bersama, terkadang terpisah. Mungkin halo adalah bagian atas sprite, ketika kekuatan medan listrik tidak cukup untuk pelepasannya menyebar ke udara bawah yang lebih padat.
Menurut Peta Geografis Badai Petir, penduduk di zona ekuator dan tropis bumi memiliki peluang terbesar untuk melihat sprite. Di area inilah hingga 78% dari semua badai petir terjadi. Penduduk Rusia juga bisa mengamati sprite. Puncak badai petir di negara kita jatuh pada Juli-Agustus. Pada saat inilah pecinta astronomi dapat melihat fenomena indah seperti sprite.
Menurut American Sprite and Giant Jet Observing Handbook, untuk melihat sprite tersebut, pengamat harus berada kurang lebih 100 kilometer dari episentrum badai. Untuk mengamati jet, dia harus mengarahkan optiknya pada 30-35 derajat ke arah daerah badai. Kemudian dia akan dapat mengamati bagian dari ionosfer pada ketinggian hingga 50 kilometer, di area inilah jet paling sering muncul. Untuk mengamati sprite, Anda harus mengarahkan teropong pada sudut 45-50 derajat, yang sesuai dengan luas langit pada ketinggian sekitar 80 km - tempat lahirnya sprite.
Untuk studi sprite, jet, dan bahkan elf yang lebih baik dan lebih detail, lebih baik bagi pengamat untuk menggunakan peralatan bioskop khusus, yang akan memungkinkan perekaman mendetail suar langit. Waktu terbaik untuk berburu sprite di Rusia adalah dari pertengahan Juli hingga pertengahan Agustus.
Sprite, seperti kilat, tidak hanya ditemukan di Bumi, tetapi juga di planet lain di tata surya. Agaknya, sprite-lah yang direkam oleh kendaraan penelitian luar angkasa selama badai hebat di Venus, Saturnus, dan Jupiter.
Sprite dan elf muncul di ketinggian seperti itu karena ionisasi udara yang kuat oleh debu galaksi. Pada ketinggian lebih dari 80 kilometer, konduktivitas arusnya sepuluh miliar kali lebih tinggi daripada di lapisan permukaan atmosfer.
Nama "sprite" berasal dari nama roh hutan, yang disebut dalam komedi William Shakespeare "A Midsummer Night's Dream."
Sprite sudah dikenal manusia jauh sebelum tahun 1989. Orang-orang telah mengemukakan berbagai hipotesis tentang sifat dari fenomena ini, termasuk fakta bahwa kilatan cahaya adalah pesawat luar angkasa alien. Hanya setelah John Winkler mampu menangkap bingkai sprite di ionosfer barulah para ilmuwan membuktikan bahwa mereka berasal dari listrik.
Warna sprite, jet, dan elf berbeda-beda bergantung pada ketinggian kemunculannya. Faktanya adalah bahwa lebih banyak udara terkonsentrasi di atmosfer dekat Bumi, sementara konsentrasi nitrogen yang tinggi diamati di lapisan atas ionosfer. Udara terbakar dengan api biru dan putih, nitrogen - merah. Untuk alasan ini, semburan di bawah sprite didominasi warna biru, sedangkan sprite itu sendiri dan, lebih tinggi, elf, berwarna kemerahan.
Dan ini adalah video dari fenomena yang sangat langka - petir yang naik:
