Sprites: Ανώτερη ατμοσφαιρική αστραπή

Οι καταιγίδες γεμίζουν τον ουρανό φώταπάνω από καθώς και κάτω από τα σύννεφα. Από 1990 υπήρξε μια έκρηξη ενδιαφέροντος σε αυτές τις λάμψεις και αναβοσβήνει στον υψηλό ουρανό. Φέρνουν ιδιότροπα ονόματα όπως οι σπρίτες, τα ξωτικά, τα ξωτικά και πολλά άλλα.

Αυτά τα παροδικά φωτεινά συμβάντα ή τα TLEs είναι παρόμοια με τα αστραπή. Ακριβώς όπως η στερεή γη διεξάγει ηλεκτρισμό και προσελκύει κεραυνούς, έτσι και η ιονόσφαιρα, το στρώμα πάνω από τη στρατόσφαιρα. Μια μεγάλη διαδρομή κεραυνού εκπέμπει έναν αυξανόμενο ηλεκτρομαγνητικό παλμό (EMP) που διεγείρει τον λεπτό αέρα μέχρι να εκπέμψει φως.

Το πιο συνηθισμένο TLE είναι ο sprite - μια λάμψη του κόκκινου φωτός ακριβώς πάνω από το μεγάλο καταιγίδες. Οι σπρίτες εμφανίζονται ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά από ισχυρές αστραπές, ανεβαίνοντας προς τα πάνω σε υψόμετρο περίπου 100 χιλιομέτρων. Ο David Sentman του Πανεπιστημίου της Αλάσκας στο Fairbanks ονόμασε τους σπρίτες ως έναν τρόπο να μιλήσουν για τους χωρίς να υποθέσουν την αιτία και τον μηχανισμό τους.

Οι Sprites είναι άφθονοι στην Αμερικανική Midwest, όπου οι μεγάλες καταιγίδες είναι κοινές, αλλά αναφέρονται σε πολλά άλλα μέρη. Η αρχική σελίδα του Sprite Watchers παρέχει συμβουλές για το πώς να τις αναζητήσετε.

Οι λεπτομερείς διανομές είναι δέσμες φωτεινών τρυπών που εξαπλώνονται προς τα έξω πάνω και κάτω από μια κεντρική φωτεινή σφαίρα. Οι απλοί αυτοί ονομάζονται σπρέι καρότο. Τα μεγάλα σκουριασμένα συμπλέγματα μπορεί να μοιάζουν με μέδουσες ή αγγέλους. Παρουσιάζονται μερικές φορές ομιλίες των "χορευτικών" σπριντ. Μια γκαλερί από σπρίτς που δημοσιεύθηκε στο Φυσική σήμερα δίνει μια καλή εικόνα για αυτά τα πλάσματα που αναβοσβήνουν.

Οι μπλε αεριωθούμενοι είναι κώνοι από έντονο μπλε φως που ξεκινούν περίπου 15 χιλιόμετρα υψόμετρο και ανεβαίνουν σε περίπου 45 χιλιόμετρα, όπως μια γρήγορη τσουλήθρα καπνού. Είναι μάλλον σπάνιες. Μπορεί να σχετίζονται με βαριά χαλάζι στα σύννεφα κάτω από αυτά.

Οι μπλε πίδακες είναι δύσκολο να μελετηθούν από το έδαφος, σε χαμηλότερα υψόμετρα από ό, τι οι σπρίτες. Επίσης, το μπλε φως δεν μετακινείται τόσο στον αέρα όσο και στο κόκκινο και οι κάμερες υψηλής ταχύτητας είναι λιγότερο ευαίσθητες στο μπλε. Οι μπλε αεριωθούμενα δοκιμάζονται καλύτερα από τα αεροσκάφη, αλλά αυτές οι πτήσεις είναι δαπανηρές. Πρέπει λοιπόν να περιμένουμε να μάθουμε περισσότερα για τους μπλε αεριωθούμενους.

Μπλε εκκινητές είναι σπάνιες αναλαμπές χαμηλού υψομέτρου και κουκκίδες που δεν αναπτύσσονται σε μπλε πίδακες. Πρώτα παρατηρημένοι το 1994 και περιέγραψαν τον επόμενο χρόνο, οι εκκινητές μπορεί να σχετίζονται με τις ίδιες συνθήκες που προκαλούν μπλε πίδακες.

Τα ξωτικά είναι εξαιρετικά σύντομοι δίσκοι χαμηλού φωτισμού (και εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων πολύ χαμηλής συχνότητας) που εμφανίζονται σε περίπου 100 χλμ. Μερικές φορές εμφανίζονται με σπρίτες, αλλά συνήθως όχι. Οι Elves είχαν προβλεφθεί πριν από την πρώτη τους παρατήρηση το 1994. Το όνομα σημαίνει "Εκπομπές φωτός και VLF από πηγές EMP".

Φωλιές σπάιτ είναι δίσκοι φωτός, όπως τα ξωτικά, αλλά είναι μικρότεροι και κατώτεροι, ξεκινώντας από περίπου 85 χλμ. και με κατεύθυνση προς τα 70 χλμ. Διαρκούν περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου και ακολουθούνται από sprites, που φαίνεται να μεγαλώνουν από τους δίσκους τους. Τα φρύδια Sprite πιστεύεται ότι είναι ένα αρχικό στάδιο των sprites.

Trolls (για το Transient Red Optical Luminous Lineament) εμφανίζονται μετά από ένα ιδιαίτερα ισχυρό σπρίτ, κάτω στα χαμηλότερα τρύπες κοντά στις κορυφές σύννεφων. Οι πρώτες ηχογραφήσεις τους έδειξαν κόκκινες κηλίδες με ελαφρές κόκκινες ουρές, που έρχονταν πολύ σαν μπλε τζετ. Οι ταχύτερες κάμερες δείχνουν ότι οι τρουλικοί είναι μια ταχεία σειρά γεγονότων. Κάθε εκδήλωση ξεκινά με μια κόκκινη λάμψη που σχηματίζεται σε ένα σπήλαιο, και στη συνέχεια "αποστραγγίζεται" προς τα κάτω. Κάθε επόμενο συμβάν ξεκινά υψηλότερα, έτσι ώστε η σειρά να μοιάζει με ανύψωση σε αργότερα βίντεο. Αυτό είναι ένα τυπικό μοτίβο στην επιστήμη: κοιτάζοντας το ίδιο παλιό πράγμα με καλύτερα εργαλεία αποκαλύπτει πάντα κάτι νέο και απροσδόκητο.

Gnomes είναι μικρές, πολύ σύντομες άσπρες ακίδες φωτός που δείχνουν προς τα πάνω από την κορυφή ενός μεγάλου κεραυνού το άκρο του άκμονα, ειδικά το "θόλο υπέρβασης" που προκαλείται καθώς οι ισχυροί βραχίονες αυξάνουν ελαφρώς υψηλότερο υγρό αέρα ο αμόνι. Εμφανίζονται περίπου 150 μέτρα πλάτος και περίπου ένα χιλιόμετρο ύψος, και διαρκούν λίγα μικροδευτερόλεπτα.

Pixies είναι τόσο μικρά ώστε να εμφανίζονται ως σημεία, κάνοντάς τα λιγότερο από 100 μέτρα. Στο βίντεο που τα κατέγραψε για πρώτη φορά, εμφανίζονται διάσπαρτα στον θόλο υπέρβασης, αναβοσβήνοντας φαινομενικά τυχαία. Τα pixies και τα gnomes φαίνεται να είναι ένα καθαρό λευκό χρώμα, όπως η συνηθισμένη αστραπή, και δεν συνοδεύονται από κεραυνούς.

Αυτά τα γεγονότα περιγράφηκαν για πρώτη φορά ως "ένα υβρίδιο του μπλε πίδακα και sprite. Το άνω μέρος μοιάζει με ένα σπρίτσο, ενώ το κάτω μισό είναι σαν τζετ. Αυτά τα γεγονότα εκτείνονται οπτικά από τα χαμηλότερα ατμόσφαιρα στην ιονόσφαιρα Ε-στιβάδας στα 100 χλμ. Η φωτεινή διάρκεια αυτών των συμβάντων κυμαίνεται από 200 ms έως 400 ms, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των τυπικών sprites. "

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ: Τα TLE είναι μια ακόμα ένδειξη για τη συμπεριφορά της ανώτερης ατμόσφαιρας και του ρόλου της στο παγκόσμιο ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένα πρόσφατο τεύχος του Ενημερωτικού Δελτίου για την Ατμόσφαιρα Ηλεκτρισμού παρουσιάζει ένα ευρύ φάσμα ερευνών στον τομέα αυτό. Η κατάσταση του παγκόσμιου κυκλώματος, για παράδειγμα, είναι ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος για την παρακολούθηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Η μελέτη των φώτων στην ανώτερη ατμόσφαιρα ωθεί τις δυνατότητες της επιστήμης, ειδικά του βίντεο υψηλής ταχύτητας. Παίρνει επίσης τύχη και φίλους σε ψηλά μέρη - όπως παρατηρητήρια βουνοπλαγιάς.

Ειδικοί ιστότοποι προβολής χρειάζονται για να δουν τα sprites, καθώς πάντα κρύβονται πάνω από καταιγίδες. Στον σταθμό Yucca Ridge Field, που διευθύνεται από την FMA Research στο βόρειο Κολοράντο, οι παρατηρητές sprite μπορούν να δουν αστραπή καταιγίδες 1.000 χιλιόμετρα μακριά από τις μεγάλες πεδιάδες. Παρόμοιο παρατηρητήριο βρίσκεται στην περιοχή των Πυρηναίων της νότιας Γαλλίας. Άλλοι ερευνητές παίρνουν αεροπλάνα με καταιγίδα στους ταραχώδεις νυχτερινούς ουρανούς για να συλλάβουν τις φευγαλέες λάμψεις.

Η άλλη μεγάλη πλατφόρμα παρατήρησης βρίσκεται σε τροχιά. Σημαντική έρευνα έχει γίνει από το διαστημικό λεωφορείο, συμπεριλαμβανομένης της μοιραίας πτήσης της Κολούμπια που συνετρίβη κατά την επανεισαγωγή το 2003. Και ο δεύτερος δορυφόρος της Ταϊβάν, που ξεκίνησε το 2004, είναι αφιερωμένος σε αυτόν τον τομέα.

Το κυνήγι για τους σπρίτες και τα αδέλφια τους εξαρτάται επίσης από τα τυχερά σπασίματα. Οι Sprites καταγράφηκαν για πρώτη φορά το 1989, όταν κάποιοι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Μινεσότα, που περιμένουν να κινηματογραφήσουν μια εκτόξευση πυραύλων, έδειξαν την κάμερα σε μακρινή καταιγίδα. Ένας από αυτούς έλεγξε την καλωδίωση και έδωσε ένα χαλαρό καλώδιο. Λίγο αργότερα η ταινία έβγαλε ένα φλας τόσο σύντομη που κατέλαβε μόνο δύο πλαίσια. Αυτά τα δύο καρέ βίντεο ξεκίνησαν έναν εντελώς νέο κλάδο της επιστήμης της Γης.

Στις 22 Ιουλίου 2000, ο Walter Lyons βρισκόταν στο Yucca Ridge γυρίζοντας βίντεο από ένα τεράστιο συγκρότημα θύελλας "mesoscale", όταν μια μικρότερη απομονωμένη καταιγίδα "supercell" έπεσε στο βορρά, εμποδίζοντας την θέα. Τα Supercells - οι τυπικές καμπύλες cumulonimbus σε σχήμα άκμονα - δεν παράγουν σπρίτες, αλλά οι Λυών αφήνουν τις κάμερες να κυλήσουν. Προς έκπληξή του, οι ηχογραφήσεις έδειξαν δύο νέα είδη φώτων στην κορυφή του σούπερ-κεφαλής: γνώσεις και pixies.

Η Λυών εξακολουθεί να αναζητά νέα φώτα. Η επιστημονική βιβλιογραφία έχει περιγραφές φανών φλογών μαρτύρων στην υψηλή ατμόσφαιρα που χρονολογούνται πάνω από έναν αιώνα. Τα περισσότερα αντιστοιχούν σε σπρίτες και μπλε τζετ. Αλλά μια χούφτα που περιπλέκει περιγράφει τις φωτεινές λευκές ράβδους που ανεβαίνουν ευθεία και ανοικτές από τις κορυφές της καταιγίδας. Μερικές φωτογραφίες δίνουν την περαιτέρω λεπτομέρεια ότι οι κορυφές αυτών των φώτων σκιάζουν μπλε.

Κάποια μέρα θα τα καταγράψουμε στην κασέτα, θα αναλύσουμε τα φάσματά τους και θα τους δώσουμε ένα όνομα. Όπως οι σπρίτες, τα ξωτικά και οι τρούλ, ήταν πάντα εδώ, αλλά ποτέ δεν είχαμε τα μάτια να τα βλέπουμε.

Οι ετήσιες συναντήσεις του Δεκεμβρίου του Αμερικανικού Γεωφυσικού Συνδέσμου είναι οι επανασύνδεσμοι της κοινότητας των σκωτών από το 1994. Κατά τη σύνοδο του 2001, η ομάδα που παρακολούθησε τη συνάντηση σταμάτησε να θυμάται τον καθυστερημένο φίλο και τον μέντορα John Winckler (1917-2001), ο γεωφυσικός και συλλέκτης παράξενων ιστοριών που έδειξαν την κάμερα σε αυτή τη Μινεσότα καταιγίδα το 1989. Την ίδια στιγμή, οι συνομιλίες από μια ευρωπαϊκή-αφρικανική ομάδα και μια ομάδα κυνηγιού από την Ταϊβάν ήταν απόδειξη της ανάπτυξης του τομέα.

Κάθε χρόνο φέρνει πρόοδο στη μελέτη των σπρίτων και των συγγενών τους. Στη στροφή της χιλιετίας αυτό είναι αυτό που μάθαμε:

• Ο Ντέιβιντ Σεντμάν, ο άνθρωπος που έδωσε το όνομά του, τα τεκμηριωμένα κύματα βαρύτητας στην υψηλή ατμόσφαιρα που προκαλούν οι σπρίτες. Στην πραγματικότητα, το sprites "εκτοξεύει" ενέργεια μέσα στην ιονόσφαιρα σαν ένας κολυμβητής που φουσκώνει σε μια πισίνα. Συνεπώς, ενώνουν μετεωρίτες, εκρήξεις, καταιγίδες και σεισμούς ως αιτίες ρευματικών κυμάτων ιονόσφαιρας.
• Η καμπάνια STEPS 2000 κατέγραψε σπρίτσες, καθώς άλλοι παρατηρητές ανίχνευσαν διακριτικά σήματα υπερφόρτωσης - θα τα αποκαλούσα αυτά τα "βροντή σπρύι". Ο Walter Lyons συνέταξε ένα έγγραφο PDF για το θέμα.
• Οι πρώτοι οπαδοί παρατηρήθηκαν στη Βραζιλία, μια μεγάλη παιδική χαρά, χρησιμοποιώντας μπαλόνια με όργανα και αεροπλάνα.
• Η ομάδα Sprite του Πανεπιστημίου Tohoku (προφανώς αδρανής από το 2009) έψαχνε για τους σπρίτες το χειμώνα, παρακολουθώντας τις καταιγίδες στον ωκεανό κοντά στην Ιαπωνία. Αυτό το μετεωρολογικό περιβάλλον είναι αρκετά διαφορετικό από τις Μεγάλες Πεδιάδες της Βόρειας Αμερικής, αλλά και οι σπρίτες εμφανίζονται εκεί.
• Και μια ομάδα στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Cheng Kung στην Ταϊβάν παρακολουθεί την ηπειρωτική Κίνα καθώς και τον Ειρηνικό. Ήταν αυτοί που ανακάλυψαν γιγαντιαία μπλε αεριωθούμενα.

Προσπαθώ να κρατώ ετικέτες σε αυτό το πεδίο κάθε χρόνο και έχω αναφέρει νέα αποτελέσματα από τις συνεδρίες του 2003 και του 2004. Υπάρχουν και πολλά άλλα που μπορείτε να δείτε στο Sprites κατηγορία.

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ: Αυτή η έρευνα στην ατμόσφαιρα συνδέεται επίσης με τη συνεχιζόμενη μελέτη του συνηθισμένου κεραυνού. Τα νέα δίκτυα παρατηρούν κεραυνούς με υπέροχη λεπτομέρεια, δίνοντας δεδομένα που μπορούν να δώσουν μια εικόνα για τις δυνάμεις που προκαλούν τους σπρίτες. Για όσους έχουν δει ποτέ φωτισμό θερμότητας κρυμμένο βαθιά στα ψηλά σύννεφα, οι εικόνες που προκύπτουν είναι μια μαγευτική ματιά σε κάτι που δεν έχει δει ποτέ πριν.