Sprites: Øvre atmosfærisk lyn

Tordenvejr fylder himlen med lysover såvel som under skyerne. Siden 1990 der har været en eksplosion af interesse for disse gløder og blinker i den høje himmel. De har finurlige navne som spriter, alver, nisser og mere.

Disse forbigående lysende begivenheder eller TLE ligner lynet. Ligesom den faste jord leder elektricitet og tiltrækker lyn, det gør også ionosfæren, laget over stratosfæren. Et stort lynnedslag lancerer en stigende elektromagnetisk puls (EMP), der begejstrer den tynde luft, indtil den udsender lys.

Den mest almindelige TLE er spriten - en blink af rødt lys direkte over stor tordenvejr. Sprites forekommer en brøkdel af et sekund efter stærke lynnedslag og skyver op til en højde på næsten 100 kilometer. David Sentman fra University of Alaska i Fairbanks udnævnte dem til sprites som en måde at tale om dem uden at forudsætte deres sag og mekanisme.

Sprites er rigeligt i det amerikanske Midtvest, hvor store tordenvejr er almindelige, men de rapporteres mange andre steder. Sprite Watchers hjemmeside giver råd om, hvordan man kigger efter dem.

Sprites i detaljer er bundter af lysende kviste, der spreder sig udad og under en central lys kugle. Enkle kaldes gulerodssprit. Store spritklynger kan ligne på vandmænd eller engle. Grupper af "dansende" sprites vises undertiden. Et galleri med spriter offentliggjort i Fysik i dag giver et godt billede af disse blinkende væsener.

Blå jetstråler er kegler med svagt blåt lys, der begynder omkring 15 km højde og stiger til omkring 45 km som en hurtig røg. De er temmelig sjældne. De kan være forbundet med tunge haglstormer i skyerne under dem.

Blå jetfly er vanskelige at studere fra jorden, idet de er i lavere højder end spriter. Blåt lys rejser heller ikke gennem luften såvel som rødt, og højhastighedskameraer er mindre følsomme over for blå. Blå jetfly studeres bedst fra fly, men disse flyvninger er dyre. Så vi må vente med at lære mere om blå jetfly.

Blå startere er sjældne blink og prikker i lav højde, der ikke vokser til blå stråler. Først set i 1994 og beskrevet det næste år, kan startere være relateret til de samme forhold, der udløser blå jetfly.

Alver er ekstremt korte diske med svagt lys (og meget lavfrekvente radioemissioner), der vises omkring 100 km. Nogle gange vises de med sprites, men normalt ikke. Elver blev forudsagt, før de først blev observeret i 1994. Navnet står for "Emissioner af lys og VLF fra EMP Kilder."

Sprite haloer er lysskiver, som alver, men er mindre og lavere, begynder ca. 85 km og bevæger sig ned til 70 km. De varer cirka et millisekund og efterfølges af sprites, der ser ud til at vokse lige fra diske. Sprite haloer menes at være en indledende fase af sprites.

Trold (for kortvarig rød optisk lyslinie) forekommer efter en særlig stærk sprite, nede i de laveste skrå i nærheden af ​​skyetoppene. Tidlige optagelser viste dem som røde pletter med svage røde haler, der steg meget som blå jetfly. Hurtigere kameraer viser trold som en hurtig række af begivenheder. Hver begivenhed starter med en rød glød, der dannes i en sprite rank, og derefter "drænes" nedad. Hver efterfølgende begivenhed starter højere, så serien ser ud som en opadgående uskarphed i langsommere videoer. Dette er et typisk mønster i videnskaben: At se på den samme gamle ting med bedre instrumenter afslører altid noget nyt og uventet.

nisser er små, meget korte hvide lysspidser, der peger opad fra toppen af ​​et stort tordenvind amboltop, specifikt "overskydende kuppel" forårsaget, da stærke opdateringer skubber stigende fugtig luft lidt over det ambolt. De forekommer omkring 150 meter brede og cirka en kilometer høje, og de varer nogle få mikrosekunder.

Nisser er så små, at de vises som punkter, hvilket gør dem mindre end 100 m på tværs. I videoen, der først dokumenterede dem, vises de spredt over overskudskuppelen og blinker tilsyneladende tilfældigt. Nisse og nisser ser ud til at være en ren hvid farve, som almindelig lyn, og de følger ikke med lynnedslag.

Disse begivenheder blev først beskrevet som "en hybrid af blå jet og sprite. Den øverste del ligner en sprite, mens den nedre halvdel er jetlignende. Disse begivenheder spænder visuelt fra det nederste stemning til E-lags ionosfæren ved 100 km. Lysets varighed af disse begivenheder varierer mellem 200 ms til 400 ms, hvilket er meget længere end for typiske sprites. "

PS: TLE er endnu en anelse om opførelsen af ​​den øvre atmosfære og dens rolle i det globale elektriske kredsløb. En nylig udgave af nyhedsbrevet om atmosfærisk elektricitet præsenterer en forbløffende vifte af forskning på dette område. Tilstanden for det globale kredsløb er for eksempel en lovende måde at overvåge den globale opvarmning.

Undersøgelsen af ​​lys i den øvre atmosfære skubber videnskabens evner, især højhastighedsvideo. Det tager også held og venner på højtliggende steder - som observatorier ved bjergtoppen.

Særlige visningssteder er nødvendige for at se sprites, da de altid gemmer sig over tordenvejr. Ved Yucca Ridge Field Station, der drives af FMA Research i det nordlige Colorado, kan sprite-seere se lyn fra storme 1.000 kilometer væk over Great Plains. Et lignende observatorium er i Pyrenæerne i det sydlige Frankrig. Andre forskere tager storm-jumperfly ind i de turbulente nattehimmel for at fange de undvigende blink.

Den anden store observationsplatform er i kredsløb. Der er foretaget vigtig undersøgelse fra rumfærgen, herunder den skæbne flygtning fra Columbia, der styrtede ned under genoptagelse i 2003. Og Taiwans anden satellit, der blev lanceret i 2004, er dedikeret til dette felt.

Jakten på sprites og deres søskende har også været afhængige af heldige pauser. Sprites blev først optaget i 1989, da nogle forskere fra University of Minnesota, der ventede på at filme en raketudskydning, pegede kameraet mod et fjernt tordenvejr. En af dem kontrollerede ledningerne og fikseret en løs ledning. Minutter senere fangede båndet en flash så kort, at det kun optog to rammer. Disse to billedrammer lancerede en helt ny gren af ​​jordvidenskab.

Den 22. juli 2000 var Walter Lyons på Yucca Ridge ved at skyde video af et enormt "mesoskala" stormkompleks, da en mindre isoleret "supercell" tordenvejr drev nordpå og blokerede udsigten. Superceller - de typiske amboltformede cumulonimbus-tordenvejr - producerer ikke sprites, men Lyons lader kameraerne rulle. Til hans overraskelse viste optagelserne to nye slags lys i toppen af ​​supercellen: nisser og pixies.

Lyons leder stadig efter nye lys. Den videnskabelige litteratur har øjenvidnebeskrivelser af lys i den høje atmosfære, der dateres mere end et århundrede. De fleste svarer til sprites og blå jetfly. Men en fristende håndfuld beskriver lyse hvide striber, der stiger lige og uforgrenede fra tordenvejr. Et par fotos giver den yderligere detalje, at toppen af ​​disse lys skygger til blå.

En dag vil vi fange disse på bånd, analysere deres spektre og give dem et navn. Som spriter, alver og trold har de altid været her, men vi havde aldrig øjne til at se dem med.

De årlige møder i december i den amerikanske geofysiske union har været genforeninger af det tætnærede sprite-samfund siden 1994. På mødet i 2001 stoppede gruppen, der var til stede, for at huske deres afdøde ven og mentor John Winckler (1917–2001), geofysiker og samler af ulige lynhistorier, der pegede kameraet mod den Minnesota tordenvejr i 1989. Samtidig var samtaler fra en europæisk-afrikansk gruppe og et sprite-jagthold fra Taiwan et bevis på markens vækst.

Hvert år bringer fremskridt i studiet af sprites og deres pårørende. Ved årtusindskiftet lærte dette:

• David Sentman, manden, der gav sprites deres navn, dokumenterede tyngdekraftsbølger i den høje atmosfære forårsaget af sprites. I virkeligheden sprøjter spriter energi ind i ionosfæren som en svømmer, der springer ned i en pool. Således slutter de sig til meteorer, udbrud, tordenvejr og jordskælv som årsager til ionosfæriske tyngdekraftsbølger.
• Kampagnen STEPS 2000 registrerede sprites, da andre observatører opdagede karakteristiske infrasound-signaler - jeg vil kalde disse "sprite thunder." Walter Lyons forberedte et PDF-dokument om emnet.
• De første sprites blev observeret i Brasilien, en stor tordenvejr legeplads, ved hjælp af instrumenterede balloner og fly.
• Tohoku Universitetets spritgruppe (tilsyneladende afskåret fra og med 2009) kiggede efter spriter om vinteren, og overvågede kolde front storme i havet nær Japan. Denne meteorologiske omgivelse er meget forskellig fra de store sletter i Nordamerika, men alligevel vises der også sprites der.
• Og en gruppe ved National Cheng Kung University i Taiwan overvåger over det kinesiske fastland såvel som Stillehavet. Det var dem, der opdagede gigantiske blå jetfly.

Jeg prøver at holde oversigt over dette felt hvert år, og jeg har rapporteret nye resultater fra sessionerne 2003 og 2004. Der er også mere at se i Sprites kategori.

PS: Denne atmosfæriske forskning er også knyttet til den igangværende undersøgelse af almindeligt lyn. Nye netværk ser lynet i vidunderlig detalje og giver data, der kan give indsigt i de kræfter, der forårsager sprites. For alle, der nogensinde har set varme lynet gemt dybt i de høje skyer, er de resulterende billeder et magisk glimt på noget, der aldrig er set før.