Sprites: Øvre atmosfæriske lyn

Tordenvær fyller himmelen med lysovenfor så vel som under skyene. Siden 1990 det har vært en eksplosjon av interesse for disse glødene og blinkene på den høye himmelen. De har finurlige navn som sprites, alves, nisser og mer.

Disse forbigående lysende hendelsene eller TLE-er ligner lynet. Akkurat som den faste jorden leder strøm og tiltrekker lyn, gjør også ionosfæren, laget over stratosfæren. Et stort lynnedslag lanserer en stigende elektromagnetisk puls (EMP) som begeistrer den tynne luften til den avgir lys.

Den vanligste TLE er spriten - et glimt av rødt lys direkte over det store tordenvær. Sprites forekommer et brøkdel av et sekund etter sterke lynnedslag, svevende oppover til nesten 100 kilometer høyde. David Sentman fra University of Alaska i Fairbanks navngav dem sprites som en måte å snakke om dem på uten å forutsette deres sak og mekanisme.

Sprites er rikelig i det amerikanske Midtvesten, hvor store tordenvær er vanlige, men de rapporteres mange andre steder. Sprite Watchers hjemmeside gir råd om hvordan du ser etter dem.

Sprites i detalj er bunter med lysende kvister som sprer seg utover over og under en sentral lysende ball. Enkle kalles gulrotsprites. Store sprittklynger kan ligne på maneter eller engler. Grupper med "dansende" sprites dukker noen ganger opp. Et galleri med sprites publisert i Fysikk i dag gir et godt bilde av disse blinkende skapningene.

Blå jetstråler er kjegler med svakt blått lys som begynner rundt 15 km høyde og stiger til rundt 45 km som en rask puff av røyk. De er ganske sjeldne. De kan være assosiert med kraftige haglormer i skyene under dem.

Blå jetfly er vanskelig å studere fra bakken, i lavere høyder enn sprites. Blått lys beveger seg heller ikke gjennom luften så godt som rødt, og høyhastighetskameraer er mindre følsomme for blått. Blå jetfly studeres best fra fly, men flyreiser er kostbare. Så vi må vente med å lære mer om blåstråler.

Blå forretter er sjeldne blitz og prikker i lav høyde som ikke vokser til blåstråler. Først sett i 1994 og beskrevet neste år, kan startere være relatert til de samme forholdene som utløser blåstråler.

Alver er ekstremt korte plater med svakt lys (og radioutslipp med svært lav frekvens) som vises på rundt 100 km. Noen ganger vises de med sprites, men vanligvis ikke. Elver ble spådd før de ble observert første gang i 1994. Navnet står for "Emissions of Light and VLF from EMP Sources."

Sprite haloer er lysskiver, som alver, men er mindre og lavere, begynner på rundt 85 km og beveger seg ned til 70 km. De varer omtrent et millisekund og blir fulgt av spriter, som ser ut til å vokse rett fra disken. Sprite-haloer antas å være et innledende stadium av sprites.

Troll (for Transient Red Optical Luminous Lineament) forekommer etter en spesielt sterk sprite, nede i de laveste gradene i nærheten av skyetoppene. Tidlige innspillinger viste dem som røde flekker med svake røde haler, stiger omtrent som blå jetfly. Raskere kameraer viser troll for å være en rask serie av hendelser. Hver hendelse starter med en rød glød som dannes i en sprite-grad, for deretter å "tappe" nedover. Hver påfølgende hendelse starter høyere, slik at serien ser ut som en oppadgående uskarphet i langsommere videoer. Dette er et typisk mønster i vitenskapen: å se på den samme gamle tingen med bedre instrumenter avslører alltid noe nytt og uventet.

gnomes er små, veldig korte hvite lysspisser som peker oppover fra toppen av et stort tordenhull amboltoppen, nærmere bestemt "overskuddskuppelen" forårsaket når sterke oppdateringer skyver stigende fuktig luft litt over de ambolt. De vises omtrent 150 meter brede og omtrent en kilometer høye, og de varer noen få mikrosekunder.

Pixies er så små at de vises som punkter, noe som gjør dem mindre enn 100 m over. I videoen som først dokumenterte dem, ser de ut spredt over overskuddskuppelen, og blinker tilsynelatende tilfeldig. Nisse og nisser ser ut til å være en ren hvit farge, som vanlig lyn, og de følger ikke med lynnedslag.

Disse hendelsene ble først beskrevet som "en hybrid av blå jet og sprite. Den øvre delen ligner en sprite mens den nedre halvdel er jetlignende. Disse hendelsene spenner visuelt fra nedre stemning til E-sjiktet ionosfæren på 100 km. Den lysende varigheten av disse hendelsene varierer mellom 200 ms til 400 ms, noe som er mye lengre enn for typiske sprites. "

PS: TLE er en anelse til atferden til den øvre atmosfæren og dens rolle i den globale elektriske kretsen. En fersk utgave av nyhetsbrevet om atmosfærisk elektrisitet presenterer et forbløffende spekter av forskning på dette området. Tilstanden til den globale kretsen er for eksempel en lovende måte å overvåke global oppvarming.

Studiet av lys i den øvre atmosfæren presser evnene til vitenskap, spesielt høyhastighetsvideo. Det tar også flaks og venner på høye steder - som observatorier for fjelltopp.

Spesielle visningssteder er nødvendige for å se sprites, da de alltid gjemmer seg over tordenvær. På Yucca Ridge Field Station, drevet av FMA Research i Nord-Colorado, kan sprite-seere se lyn fra stormer 1000 kilometer unna over Great Plains. Et lignende observatorium er i Pyrenees-området i Sør-Frankrike. Andre forskere tar stormhoppfly inn i de turbulente nattehimmelen for å fange de unnvikende blinkene.

Den andre store observasjonsplattformen er i bane. Det er gjort viktig forskning fra romfergen, inkludert den skjebnesvangre flyvningen til Columbia som styrtet under gjenoppretting i 2003. Og Taiwans andre satellitt, som ble lansert i 2004, er dedikert til dette feltet.

Jakten på sprites og deres søsken har også vært avhengig av heldige pauser. Sprites ble først spilt inn i 1989 da noen forskere fra University of Minnesota, som ventet på å filme en rakettoppskyting, pekte kameraet mot et fjernt tordenvær. En av dem sjekket ledningene og fikset en løs ledning. Minutter senere fikk båndet en blitz så kort at den bare tok to bilder. De to rammene med video lanserte en helt ny gren av jordvitenskap.

22. juli 2000 var Walter Lyons ved Yucca Ridge og filmet video av et enormt "mesoskala" stormkompleks da en mindre isolert "supercell" tordenvær kjørte nordover og blokkerte utsikten. Superceller - de typiske amboltformede cumulonimbus-tordenværene - produserer ikke sprites, men Lyons lar kameraene rulle. Til hans overraskelse viste innspillingene to nye slags lys på toppen av supercellen: nisser og nisser.

Lyons leter fortsatt etter nye lys. Den vitenskapelige litteraturen har øyenvitnebeskrivelser av lys i den høye atmosfæren som dateres mer enn et århundre. De fleste tilsvarer sprites og blå jetfly. Men en fristende håndfull beskriver lyse hvite streker som stiger rett og uforgrenede fra tordenværstopper. Noen få bilder gir den ytterligere detalj at toppen av disse lysene skygger til blå.

En dag vil vi fange disse på bånd, analysere spektraene deres og gi dem et navn. Som sprites, alver og troll har de alltid vært her, men vi hadde aldri øyne å se dem med.

De årlige møtene i desember i American Geophysical Union har vært gjenforeninger av det tett sammensveisede samfunnet siden 1994. På møtet i 2001 gikk gruppen som var til stede, til pause for å huske sin avdøde venn og mentor John Winckler (1917–2001), geofysiker og samler av rare lynhistorier som rettet kameraet mot den Minnesota tordenvær i 1989. Samtidig var samtaler av en europeisk-afrikansk gruppe og et spritejaktteam fra Taiwan et bevis på feltets vekst.

Hvert år gir fremskritt i studiet av sprites og deres pårørende. På tusenårsskiftet lærte dette:

• David Sentman, mannen som ga sprites navnet sitt, dokumenterte gravitasjonsbølger i den høye atmosfæren forårsaket av sprites. I virkeligheten spruter spriter energi inn i ionosfæren som en svømmer som flyter ned i et basseng. Dermed blir de med på meteorer, utbrudd, tordenvær og jordskjelv som årsaker til ionosfæriske tyngdekraftsbølger.
• STEPS 2000-kampanjen registrerte sprites som andre observatører oppdaget særegne infrasound-signaler - jeg vil kalle disse "sprite thunder." Walter Lyons utarbeidet et PDF-dokument om emnet.
• De første sprites ble observert i Brasil, en stor lekeplass for tordenvær, ved hjelp av instrumenterte ballonger og fly.
• Tohoku-universitetets spritgruppe (tilsynelatende nedlagt fra og med 2009) lette etter spritter om vinteren, og overvåket kaldfrontfronter i havet nær Japan. Denne meteorologiske innstillingen er ganske annerledes enn de store slettene i Nord-Amerika, men likevel dukker det opp spriter der også.
• Og en gruppe ved National Cheng Kung University i Taiwan observerer over fastlands-Kina så vel som Stillehavet. Det var de som oppdaget gigantiske blå jetfly.

Jeg prøver å holde oversikt over dette feltet hvert år, og jeg har rapportert om nye resultater fra 2003 og 2004 økter. Det er også mer å se i sprites kategori.

PS: Denne atmosfæriske forskningen er også knyttet til den pågående studien av vanlig lyn. Nye nettverk observerer lyn i vidunderlig detalj, og gir data som kan gi innsikt i kreftene som forårsaker sprites. For alle som noen gang har sett på lynnedslag gjemt dypt i de høye skyene, er de resulterende bildene et magisk glimt på noe som aldri ble sett før.