Космические медузы

Филиппинское космическое агентство использует выражение space jellyfish как распространённое название свечения, возникающего, когда выхлопной след ракеты на большой высоте непосредственно освещается солнечным светом, хотя наблюдатель на поверхности Земли уже находится в темноте^[1].

Сравнение подобных явлений с медузой известно по меньшей мере с сообщения о Петрозаводском феномене, наблюдавшемся 20 сентября 1977 года. Описание явления было опубликовано спустя три дня в заметке «Неопознанное явление природы» в газете «Известия». В ней говорилось, что наблюдавшаяся «звезда», приблизившись к Петрозаводску, «распласталась над ним в виде огромной "медузы"»^[8][9]. Позднейшие исследования показали, что наблюдавшееся явление было связано с запуском ракеты-носителя «Восток-2М», выведшей на орбиту спутник «Космос-955», с космодрома Плесецк. Светящееся облако образовалось из продуктов ракетного выброса и стало хорошо заметным благодаря рассеянию солнечного света в условиях утренних сумерек^[10][11].

В январе 1978 года в британском журнале Flying Saucer Review была опубликована статья уфолога Гордона Крейтона A Russian "jellyfish" (с англ. — «Русская "медуза"»), посвящённая Петрозаводскому феномену^[12]. Впоследствии этот образный термин стал использоваться для обозначения и других внешне сходных светлых структур, возникающих при ракетных запусках, и получил распространение в английской форме space jellyfish (с англ. — «космическая медуза»)^[13][14].

Ракетный след, наблюдаемый в таких условиях, представляет собой облако продуктов работы ракетного двигателя или выброшенного из ступени вещества, освещённое Солнцем на большой высоте. Научные исследования ракетных следов рассматривают подобные наблюдаемые явления как сумеречные: в работе по оптическим наблюдениям следов ракет «Союз» указано, что для их наблюдения с земной поверхности Солнце должно находиться ниже горизонта, а освещение соответствовать по меньшей мере условиям навигационных сумерек^[15].

«Космическая медуза» является одним из возможных визуальных проявлений этого класса явлений. В зависимости от высоты, состава выброшенного вещества, траектории ракеты и состояния атмосферы структура может иметь форму дуги, облака, веера, спирали, кометы или вытянутого следа, а не обязательно напоминать медузу^[15][16].

В научной литературе оптические явления, сопровождающие ракетные запуски, классифицируются по нескольким признакам: масштабу и продолжительности, высоте образования, составу облака, механизму свечения, а также типу и режиму работы ракетного двигателя. «Космическая медуза» не представляет собой отдельный научный класс и может соответствовать различным типам ракетных образований^[17][18].

По масштабу и продолжительности светящиеся образования иногда делятся на два базовых типа^[17][18]:

• локальные и долгоживущие — формируются обычно на высотах 100—120 км, имеют характерный размер около 100 км и существуют от нескольких минут до нескольких часов и более. Они состоят преимущественно из молекулярных газовых компонентов ракетного выброса; их свечение связывают главным образом с резонансным рассеянием солнечного света, а развитие облака — с молекулярной диффузией;
• крупномасштабные и короткоживущие — возникают на высотах 100—700 км, имеют размеры ~100—1000 км и сохраняются обычно 1—10 минут. Их светящаяся структура состоит главным образом из дисперсных твёрдых частиц продуктов ракетного выброса размером около 0,1—10 мкм; основным механизмом свечения служит рассеяние солнечного света на этих частицах, а развитие облака определяется быстрым расширением выброса.

Различия между ними связываются прежде всего с типом ракетного двигателя — жидкостным или твердотопливным — и режимом его работы. Наиболее интенсивные, крупномасштабные и динамичные явления возникают при разделении ступеней и прекращении работы твердотопливных двигателей^[18].

По высоте и динамике выделяются три основные группы^[17]:

• стратосферные явления — на высотах около 40—50 км; связаны со сбросом избыточных компонентов топлива после отделения первой ступени и работой тормозных двигателей отделившихся ступеней. Для них характерны сравнительно медленное расширение под действием диффузии и ветра, длительное существование и достаточно высокая яркость, позволяющая наблюдать их с земли в сумерках и даже днём;
• явления в области турбопаузы — примерно на высотах 100—120 км; наблюдаются преимущественно в сумерках и связаны с рассеянием солнечного света на расширившемся облаке продуктов сгорания. Их характерные поперечные размеры составляют 100—200 км, скорость расширения — около 1—2 км/с;
• крупномасштабные динамические явления — на высотах от 150 км; они связаны со специальными режимами работы двигателей, прежде всего с резким прекращением работы твердотопливных двигателей. При этом из камеры сгорания в атмосферу практически мгновенно выбрасываются большие количества компонентов топлива и продуктов неполного сгорания. В исключительных случаях такие облака поднимаются до 700 км, достигают поперечного размера свыше 1500 км и расширяются со скоростью 2—3 км/с.

По механизму свечения можно разделить образования два основных типа: в одних преобладает рассеяние солнечного света на дисперсных частицах, в других — резонансное рассеяние на газообразных компонентах выброса. Кроме того, взаимодействие газовой фазы продуктов сгорания с компонентами верхней атмосферы может вызывать изменения собственного свечения последней и другие оптические эффекты^[17].

Ракетные выбросы могут быть также классифицированы по фазовому составу — соотношению газообразных и дисперсных твёрдых компонентов. У долгоживущих образований преобладающую роль играют молекулярные газовые компоненты, тогда как короткоживущие крупномасштабные структуры связаны главным образом с твёрдыми частицами. Кроме того, выбросы могут отличаться происхождением дисперсной компоненты, то есть присутствующих твёрдых частиц: это могут быть частицы из алюминия и оксида алюминия, а также ледяные частицы, возникающие при конденсации водяного пара вследствие быстрого расширения продуктов сгорания. Конденсация воды может иметь место как для жидкостных, так и для твердотопливных ракет^[17].

При работе ракетных двигателей в атмосферу поступают различные продукты сгорания топлива, в том числе в виде водяного пара и углекислого газа^[7]. После выхода ракеты на большую высоту облако выхлопа оказывается в области, где оно может освещаться Солнцем даже после того, как для наблюдателя на Земле уже наступила темнота. Именно такое сочетание солнечного освещения облака и тёмного фона делает след особенно заметным^[7].

Конкретные причины и высота формирования «космических медуз» могут быть разнообразными. В некоторых случаях источником шлейфа является инверсионный след ракет, образующийся в тропопаузе за счёт конденсации водяного пара, который присутствует в продуктах сгорания ракетного топлива^[19]. Иногда крупные светящиеся структуры возникают не непосредственно за работающим двигателем, а после завершения работы одной из ступеней, когда происходит сброс неизрасходованного топлива. Выброшенное вещество быстро расширяется в разреженной верхней атмосфере и при благоприятном освещении становится видимым на больших расстояниях. В таких условиях могут возникать крупномасштабные фигуры, напоминающие «медуз», «спирали» и «зонтики». По мере подъёма ракеты в области с меньшей плотностью атмосферы продукты сгорания расширяются сильнее. На больших высотах расширившийся след может принимать форму полусферы при наблюдении сбоку или более сложные формы при наблюдении вдоль траектории^[8]. Во время полёта ракеты-носителя «Сатурн-5» при выполнении миссии «Аполлон-8» отделившаяся ступень выбросила в околоземное пространство излишки жидкого кислорода, которые под действием ультрафиолетового излучения и солнечного ветра образовали видимое с Земли огромное облако, похожее на комету^[2].

Состав, структура и длительность существования следа зависят от конкретной ракеты, участка траектории, атмосферной динамики и условий освещения. Его анализ позволяет получить информацию о средних ветрах, сдвиге ветра, турбулентности и физическом состоянии атмосферы на высотах от 50 до 200 км^[15]. Например, после запуска ракеты «Союз» 21 мая 2009 года с космодрома Плесецк на высоте 105—160 км сформировался быстро расширявшийся бочкообразный шлейф, просуществовавший около двух минут. После запуска аналогичной ракеты 27 июня 2011 года шлейф сохранялся без изменений в течение 9 часов, перемещаясь от Плесецка через Данию в сторону Великобритании, что указывало на чрезвычайно стабильные атмосферные условия. Таким образом, изучение этих двух случаев выявило существенные различия в состоянии атмосферы и протекающих в ней динамических процессах^[15].

Для возникновения яркого эффекта необходимо, чтобы положение ракеты и её следа относительно Солнца отличалось от положения наблюдателя относительно Солнца. Когда поверхность Земли в месте наблюдения находится в тени, высоко расположенный след может оставаться в прямом солнечном свете^[7].

В исследовании следов ракет «Союз» описаны наблюдения, при которых Солнце находилось примерно на 6° ниже горизонта^[15]. Это соответствует границе между гражданскими и навигационными сумерками, когда становится трудно различать окружающие предметы и требуется включать искусственное освещение^[20]. При этом освещённый след сохранял заметную яркость на фоне более тёмного неба^[15].

Поэтому наиболее благоприятными считаются запуски, происходящие незадолго до восхода Солнца или после его заката. Одним из примеров может служить запуск ракеты Falcon 9, состоявшийся 4 марта 2026 года за 52 минуты до восхода Солнца. При этом выхлоп второй ступени поднялся настолько высоко, что оказался освещён восходящим Солнцем при ещё тёмном небе в месте наблюдения^[7].

Видимое свечение связано с рассеянием солнечного света расширяющимся веществом ракетного следа в верхних слоях земной атмосферы^[1]. При наземных оптических наблюдениях относительная яркость ракетного следа зависит как от рассеяния света в самой атмосфере, так и от яркости окружающего небосвода. Эти факторы влияют на контраст следа относительно фона^[15].

Форма облака изменяется по мере его расширения и переноса атмосферными потоками. При наблюдениях 2005 года частицы топлива и капли воды, выброшенные ракетой, перемещались в верхнеатмосферных ветрах, образуя расширяющуюся спиральную структуру^[16].

В некоторых случаях в ракетном облаке возникают цветные или радужные участки. При наблюдении запуска Minuteman III в 2002 году NASA связывало наблюдавшиеся радужные оттенки яркого облака с вероятным образованием кристаллов льда на большой высоте^[21].

Во время работы ракетного двигателя формируется основной выхлопной след. При подъёме ракеты на большую высоту его видимая структура может заметно измениться: в наблюдениях высокогорных ракетных выбросов на больших высотах фиксировалось увеличение поперечного размера светящейся области^[23].

Отделение ступени может сопровождаться появлением ещё одного облака. При запуске ракеты Minuteman III 19 сентября 2002 года отмечалось яркое диффузное облако в верхней части следа, возникшее в результате отделения ступени; при этом его окраска, вероятно, была связана с кристаллами льда на большой высоте^[21].

Отдельные светящиеся облака могут образовываться после сброса остатков ракетного топлива. В 2007 году NASA описало яркое облако кометоподобной формы, которое было идентифицировано как сброс топлива разгонной ступени после выведения спутника на геостационарную орбиту; облако светилось за счёт отражения солнечного света^[3].

Сброс остаточного топлива используется и как часть процедур пассивации верхних ступеней ракет и других космических аппаратов. Европейское космическое агентство описывало такой процесс на примере верхней ступени «Ариан-5»: после отделения спутников ступень стравливала топливо, при этом из-за быстрого падения давления после открытия клапанов образовывалось яркое облако выброшенного вещества^[22].

Изменение ориентации верхней ступени также может менять форму наблюдаемого следа. NASA связывает спиральную структуру, наблюдавшуюся после запуска Falcon 9 в марте 2024 года, с переориентацией ракеты для выпуска спутников в разных направлениях^[4].

Спиральная форма может возникать вследствие переноса и закручивания следа атмосферными ветрами либо в результате манёвров самой верхней ступени. В наблюдении 2005 года NASA объясняло расширяющуюся спиральную структуру действием ветров верхней атмосферы^[16], тогда как в 2024 году спираль вокруг Falcon 9 была связана с изменением ориентации ступени при выпуске спутников^[4].

При сбросе топлива облако может приобретать веерообразную или клиновидную форму. В частности, такая структура была обнаружена наблюдении топливного сброса разгонной ступени в 2007 году^[3].

Светящиеся облака могут создаваться намеренно: с геофизических ракет выпускают небольшие количества специальных веществ-индикаторов, образующих видимые следы или облака за счёт люминесценции либо рассеяния солнечного света. По их перемещению исследуют ветры и движение заряженных частиц в верхней атмосфере^[6].

Наиболее благоприятны периоды возле восхода и заката Солнца, когда поверхность уже находится в тени, а высотный ракетный след ещё освещён^[7].

Количественный критерий зависит от геометрии конкретного наблюдения. В исследовании следов ракет «Союз» наземные наблюдения проводились при положении Солнца ниже горизонта примерно на 6°^[15].

Чем выше находится след, тем дольше он может оставаться освещённым после захода Солнца для наблюдателя на земной поверхности. Наблюдения «Союза» показали ракетные облака на высотах от 50 до 200 км, причём одно из подробно изученных облаков имело высоту 105—160 км^[15].

Форма и долговечность следа зависят от динамики атмосферы. В одном из наблюдавшихся запусков ракет «Союз» сложная структура в мезосфере была связана со сдвигами ветра, вихревыми структурами и мелкомасштабной турбулентностью; в другом случае необычно стабильная атмосфера позволила следу сохраняться без заметных изменений в течение нескольких часов^[15].

Из-за большой высоты и протяжённости облака ракетные следы могут наблюдаться далеко от места запуска. В 2005 году след после запуска ракеты «Минотавр» был сфотографирован наблюдателями на расстоянии в сотни километров от космодрома^[16].

При научных наблюдениях запуска ракет «Союз» один и тот же след прослеживался от района Плесецка через Данию до Великобритании. Роскосмос также сообщал о наблюдении инверсионного следа «Союза-2.1б» в ряде регионов России^[15][19].

Филиппинское космическое агентство в 2026 году отмечало, что светящиеся облака после запусков могут быть видны над обширной территорией; в частности, оно связало наблюдение 4 июня с запуском Long March 6A и описало явление как расширяющееся облако, заметное на большой площади в сумерках^[1].

Полярное сияние возникает по другому механизму. Заряженные частицы, связанные с солнечным ветром и магнитосферой Земли, проникают в верхние слои атмосферу и возбуждают атомы и молекулы атмосферных газов, вызывая их свечение^[24].

В отличие от полярного сияния, свечение космической медузы связано прежде всего с освещением веществ ракетного следа внешним солнечным светом, а не с возбуждением атмосферных газов потоками заряженных частиц^[1][24].

Серебристые, или ночные светящиеся, облака представляют собой природные облака из кристаллов льда, расположенные примерно на высотах 76—85 км. Они также остаются освещёнными Солнцем, когда поверхность Земли уже находится в темноте^[25].

Ракетные выбросы способны влиять и на образование искусственных или усиленных мезосферных облаков. Исследование данных спутника AIM показало связь между запусками и изменением частоты появления ярких мезосферных облаков в средних географических широтах, а отдельное после запусков «Союза» наблюдались искусственные серебристые облака^[26][15].

Метеор представляет собой свечение, возникающее при быстром входе в атмосферу небольшого космического тела — метеороида. Такой след обычно движется вместе с вызвавшим его телом и не связан с запуском ракеты^[27].

Кометный хвост также может светиться за счёт воздействия солнечного излучения, но представляет собой структуру вокруг естественного небесного тела, а не быстро развивающееся облако продуктов ракетного запуска^[28].

Отдельные участки ракетных облаков могут давать радужные или иридирующие оттенки, напоминающие некоторые атмосферные оптические явления^[21].

Из-за необычной формы и яркости светящийся ракетный след может быть принят за неизвестный небесный объект, например за НЛО^[7].

Наблюдения в таких случаях могут быть сопоставлены со временем и траекторией известных запусков. Роскосмос в 2018 году связал наблюдавшийся в нескольких российских регионах «медузообразный» след с запуском «Союза-2.1б»^[19], а Филиппинское космическое агентство в 2026 году аналогичным образом объясняло несколько наблюдений совпадавшими по времени китайскими ракетными запусками^[29].