Зелените "призраци" в горната атмосфера на Земята се появяват при силни мълнии (видео)

Зелените призраци, известни също като мезосферни призраци, са рядко срещани и бледи зеленикави сияния, които могат да останат в продължение на стотици милисекунди, когато се появят специални форми на мълнии, наречени спрайтове.

Спрайтовете са ефектни, мащабни електрически разряди, които се появяват като светещи червено-оранжеви светкавици. Те са краткотрайни мълнии, които се появяват над височината на нормалните мълнии, известни като преходни светлинни събития (Transient Luminous Events - TLE).

Сред най-често срещаните TLE са спрайтовете и други атмосферни явления като хало, елфи, сини джетове и гигантски джетове. Някои спрайтове са известни като спрайтове от типа "медуза", въз основа на външния им вид, който наподобява това животно.

Ловът на мезосферни призраци не е лесен, тъй като това е доста рядко явление. Спрайтовете се образуват на около 50 до 85 километра над повърхността, където атмосферата е 100 000 пъти по-разредена, отколкото на морското равнище.

Преходни светлинни събития. Кредит: Wikimedia Commons.

"Подобно на всички членове на семейството на TLE, призраците се развиват чрез сложни взаимодействия между гръмотевичните бури и земната атмосфера", обяснява Мария Пасас Варо (María Passas Varo), автор на изследването от Департамента по слънчева система в Андалуския институт по астрофизика в Испания. "Те се срещат изключително рядко, като само един на всеки 100 спрайта развива зелен призрак."

Първоначално зелените призраци са забелязани през 2019 г. от Ханк Шима (Hank Schyma), научен работник-доброволец. Когато през май същата година Шима записва буря със спрайтове над Оклахома, той забелязва зеленикава светлина, която се появява на върха на някои енергични спрайтове и продължава няколко милисекунди. Въпреки че няколко наблюдатели на небето случайно са заснели зелените призраци по-рано, Шима е първият, който разпознава явлението правилно.

Най-разпространеното обяснение за това атмосферно явление е, че възбудените кислородни атоми отделят светлина с дължина на вълната в зелено. Терминът "призрак" (ghost) произхожда от акронима за зелена оптична емисия на върха на спрайта (Sprite Tops' GreenisH Optical emission). 

След като виждат видеопрезентацията на откритията на Шима в YouTube Варо и нейните колеги започват своите изследвания, за да разберат естеството на зеления призрак. Те използват спектрограф. Предполагало се, че зеленият оттенък се дължи на възбудени кислородни атоми, но липсвали спектроскопски данни; поради това материалите, участващи в процеса, оставали неизвестни.

"От кампаниите за заснемане е известно, че една на всеки 100 енергийни медузи-призраци се развива мезосферен призрак", посочва Варо. Според нея обаче спрайтовете продължават само 20 милисекунди, "така че дълготрайното събитие трябва да е призрак".

Скрита връзка с метеорите

Анализът на данните на изследователите потвърждава по-ранната теория, която показва слаби, но отчетливи признаци на възбудени кислородни атоми. Въпреки това учените откриват, че за зеления оттенък са отговорни и допълнителни елементи, присъстващи в околната среда, като атоми на желязо, никел и азот. Тези компоненти, остатъци от метеори и междупланетен прах, разпадащи се при навлизане в нашата атмосфера, боядисват горната атмосфера в ярко зелено. Това откритие предполага сложно взаимодействие между земни и извънземни материали, което променя разбирането ни за химическата динамика в горната атмосфера на Земята.

Изследователите казват, че това откритие изисква преоценка на настоящите атмосферни модели. Традиционно тези модели не отчитат наличието на метали в преходните светлинни събития. Разбирането на химията на горните слоеве на атмосферата е жизненоважно за различни приложения, включително сателитна комуникация и предсказване на времето.

Въпреки че проучването предостави интригуващи прозрения, то повдига и нови въпроси. Например, точните процеси, водещи до включването на метални атоми в мезосферните феномени, остават неясни. Освен това ролята на тези метални видове в цялостната химия и физика на горната атмосфера изисква по-нататъшно изследване.

СТИВ – странна блестяща лента от светлина в нощното небе – още е обект на дебат за произхода му. Понякога СТИВ може да бъде видян придружен от петна от зелени линии – наречени "огради" поради вида им. Кредит: Catalin Tapardel/NASA

Зелени, лилави светлини, погрешно приемани за сияния

Хората лесно биха заключили, че лилавите и зелените светлини в нощното небе са полярно сияние или северно сияние. Но в зависимост от позицията си, светлините може да са STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement или "Силно повишаване на скоростта на топлинните емисии"), а не полярни сияния.

STEVE е пъстър като полярните сияния, но е по-близо до екватора. Тези два феномена - STEVE и полярното сияние - не са свързани, но споделят един и същ механизъм. Когато заредените частици се нагряват високо в атмосферата, по на юг от обичайните полярни сияния, възникват лилави ивици на STEVE. (Прочетете повече "Кога полярното сияние не е полярно сияние?")

Справка: Passas-Varo, M., Van der Velde, O., Gordillo-Vázquez, F.J. et al. Spectroscopy of a mesospheric ghost reveals iron emissions. Nat Commun 14, 7810 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42892-1 

Източник: Scientists unravel mystery of ‘mesospheric ghosts’ in the atmosphere, ZMEScience

Още по темата

13/12/2023

Космос

Кога полярното сияние не е полярно сияние?

04/12/2023

Земята

Астронавт засне рядък атмосферен феномен: червен спрайт (видео)

11/10/2021

Земята

Загадъчно синьо сияние е заснето от Международната космическа станция (видео)

21/01/2021

Земята

Сини мълнии, елфи и червени спрайтове в стратосферата. Те могат да се видят само от МКС (видео)