Подробно 3D изследване на масивен електрически разряд, който се издигна на 80 километра - до космоса, над гръмотевична буря в Оклахома, предоставя нова информация за неуловимия атмосферен феномен, известен като гигантски джет. Изхвърлянето на Оклахома е най-мощният гигантски джет, изследван досега, носещ 100 пъти повече електрически заряд от типична светкавица при гръмотевична буря.
Гигантският джет премести приблизително 300 кулона електрически заряд в йоносферата - долната граница на космоса. Типичните мълнии пренасят по-малко от пет кулона между облака и земята или в облаците. Изхвърлянето нагоре включваше относително хладни (приблизително 200 градуса Целзий) струи от плазма, както и структури, наречени лидери, които са много горещи - повече от 4400 градуса Целзий, пише phys.org.
"Успяхме да картографираме този гигантска джет в три измерения с наистина висококачествени данни", казва Леви Богс, научен сътрудник в Техническия изследователски институт на Джорджия (GTRI) и съавтор на статията. "Успяхме да видим много високочестотни (VHF) източници над върха на облака, които не са били наблюдавани преди с това ниво на детайлност. Използвайки сателитни и радарни данни, успяхме да научим къде се намира много горещата водеща част от изхвърлянето над облака."
Богс работи с изследователски екип от множество организации, включително Асоциацията за космически изследвания на университетите (USRA), Тексаския технически университет, Университета на Ню Хемпшир, Политехника де Каталуния, Университета Дюк, Университета на Оклахома, Националната лаборатория за тежки бури на NOAA и Национална лаборатория в Лос Аламос. Изследването е докладвано на 3 август в Science Advances.
Стив Кумър, професор по електротехника и компютърно инженерство в Дюк, използва електромагнитните вълни, които светкавицата излъчва, за да изследва мощния феномен. Той управлява изследователски обект от сензори, наподобяващи конвенционални антени, подредени в иначе празно поле, чакайки да уловят сигнали от местни бури.
"Високочестотноте и оптичните сигнали окончателно потвърдиха това, което изследователите подозираха, но все още не са доказали: че високочестотните радио сигнали от мълнията се излъчва от малки структури, наречени стримери, които са на самия връх на развиващата се мълния, докато най-силният електрически ток тече значително зад този връх в електропроводим канал, наречен лидер", казва Кумър.
Дъг Мах, съавтор на статията в Университетската асоциация за космически изследвания (USRA), каза, че изследването е уникално, като определя, че 3D местоположенията на оптичните емисии на светкавицата са доста над върховете на облаците.
„Фактът, че гигантската струя беше открита от няколко системи, включително Lightning Mapping Array и два геостационарни оптични светкавични инструмента, беше уникално събитие и ни дава много повече информация за гигантските струи“, каза Мах. „По-важното е, че това вероятно е първият път, когато гигантска струя е била триизмерно картографирана над облаците с набора от инструменти Geostationary Lightning Mapper (GLM).“
Гигантски джетове са наблюдавани и изучавани през последните две десетилетия, но тъй като няма специфична система за наблюдение, която да ги търси, откриванията са рядкост. Богс научи за събитието в Оклахома от свой колега, който му разказа за гигантски самолет, който е бил заснет от гражданин-учен, който е имал работеща камера при слаба светлина на 14 май 2018 г.
За щастие джетът се е образувал на място с близка високочестотна система за картографиране на светкавици, в обхвата на две местоположения на метеорологични радари от следващо поколение (NEXRAD) и е бил достъпен за инструментите на сателити от мрежата за геостационарни оперативни сателити за околната среда (GOES) на NOAA. Богс установява, че данните от тези системи са налични и работи с колеги, за да ги събере за анализ.
"Подробните данни показаха, че тези студени стримери започват своето разпространение точно над върха на облака", обяснява Богс. "Те се разпространяват чак до долната йоносфера до надморска височина от 80–97 км, осъществявайки директна електрическа връзка между горната част на облака и долната йоносфера, която е долният край на космоса."
Тази връзка прехвърля хиляди ампера ток за около секунда. Възходящият разряд прехвърлил отрицателен заряд от облака към йоносферата, типично за гигантските джетове.
Данните показват, че докато разрядът се издига от върха на облака, високочестотните радио източници се откриват на височини от 22 до 45 километра (13 до 28 мили), докато оптичните емисии от лидерите на мълнии остават близо до върха на облака на височина от 15 до 20 километра (9 до 12 мили). Едновременните 3D радио и оптични данни показват емисии от стримерната корона, а не от водещия канал, което има широки последици за физиката на мълнията извън тази на гигантските джетове.
Защо гигантските джетове изстрелват заряд в космоса? Изследователите спекулират, че нещо може да блокира потока на заряд надолу или към други облаци. Записите от събитието в Оклахома показват малка светкавична активност в бурята, преди да изстреля рекордния гигантски джет към космоса.
Засега има много въпроси без отговор относно гигантските джетове, които са част от клас мистериозни преходни светлинни събития. Това е така, защото наблюденията им са редки и са случайни - от пилоти или пътници на самолета, които случайно ги виждат, или наземни наблюдатели, работещи с камери за нощно сканиране.
Оценките за честотата на гигантските джетове варират от 1000 годишно до 50 000 годишно. Те се съобщават по-често в тропическите региони на земното кълбо. Гигантският джет от Оклахома, който беше два пъти по-мощен от следващия най-силен, обаче не беше част от система от тропически бури.
Гигантските джетове могат да окажат влияние върху работата на сателитите в ниска околоземна орбита, каза Богс. С изстрелването на повече от тези космически апарати проблемите с влошаването на сигнала и производителността могат да станат по-значими. Гигантските джетове биха могли също да повлияят на технологии като радари отвъд хоризонта, които отразяват радиовълни в йоносферата.
