«Зеленый призрак» подсветил металлы в атмосфере Земли

Транзиентные световые явления (TLE) — это короткие, но яркие вспышки и сопутствующее им излучение в верхних слоях атмосферы. Впервые их удалось сфотографировать лишь в 1989 году. С тех пор ученые активно их изучают и выделили множество видов этих «высотных молний»: спрайты, джеты, тролли, эльфы и другие.

В мае 2019 года ученый-любитель снимал такие явления над штормом в Оклахоме (США), когда заметил, что над некоторыми из спрайтов появляется зеленое свечение, длившееся несколько миллисекунд. Новое явление называли призраком, в английском это акроним от «зеленое излучение от возбужденного кислорода на верхушках спрайтов» (GHOST).

Участие кислорода было предположением. Именно он горит зеленым на длине волны 557,73 нанометра в северном сиянии и собственном свечении атмосферы Земли. Сразу же к изучению феномена подключились исследователи, изучающие TLE.

Астроном Мариа Пассас-Варо и ее коллеги из Андалусского института астрофизики (Испания) запустили в июне 2019 года кампанию по систематическому изучению химии и динамики этих призраков.

Они вели наблюдения в течение четырех лет и собрали более 2000 спектроскопических измерений. Из них лишь 42 — спектры верхушек спрайтов. Только над одним из спрайтов удалось измерить зеленое свечение доступными инструментами.

Им оказался спрайт, возникший во время шторма над Средиземным морем вечером 21 сентября 2019 года. Результаты исследования сопутствовавшего ему призрака опубликованы в журнале Nature Communications.

Авторы статьи выделили два этапа развития призрака. Первый пик яркости происходит за 200 миллисекунд до появления спрайта, затем яркость резко падает и снова начитает расти через 120 миллисекунд после спрайта, достигая второго пика к 320 миллисекундам. Это подтверждается проведенным ранее анализом оптических наблюдений за призраками.

Ученым действительно удалось уловить слабый след возбужденного кислорода на 557,57 нанометра. Но главное — они поймали сигналы железа, никеля, азота, молекулярного азота, молекулярного кислорода, а также следы натрия и кремния.

Нет ничего удивительного в наличии металлов в высоких слоях атмосферы, попадающих туда с метеоров, которые прилетают из космоса. Но обычно они встречаются гораздо выше мезосферы (от 50 до 85 километров).

По предположению Пассас-Варо, внутренние гравитационные волны атмосферы (не путать с космическими гравитационными волнами) могут подталкивать эти частицы металлов вниз, где в правильных условиях они порождают зеленые призраки. Но для того, чтобы подтвердить эту гипотезу, понадобится больше данных наблюдений.