Sprites: bovenste atmosferische bliksem

Onweersbuien vullen de lucht met lichtenbovenstaand zowel als onder de wolken. Sinds 1990 er was een explosie van interesse in deze gloed en flitsen in de hoge lucht. Ze dragen grillige namen zoals sprites, elfen, kabouters en meer.

Deze voorbijgaande lichtgevende gebeurtenissen of TLE's zijn vergelijkbaar met bliksem. Net zoals de vaste aarde elektriciteit geleidt en bliksem aantrekt, zo ook de ionosfeer, de laag boven de stratosfeer. Een grote blikseminslag lanceert een stijgende elektromagnetische puls (EMP) die de dunne lucht exciteert totdat deze licht afgeeft.

De meest voorkomende TLE is de sprite - een flits van rood licht direct boven groot onweersbuien. Sprites komen een fractie van een seconde voor na sterke blikseminslagen en stijgen omhoog tot een hoogte van bijna 100 kilometer. David Sentman van de Universiteit van Alaska in Fairbanks noemde ze sprites als een manier om erover te praten zonder hun oorzaak en mechanisme te veronderstellen.

Sprites zijn er in overvloed in het Amerikaanse Midwesten, waar grote onweersbuien voorkomen, maar ze worden op veel andere plaatsen gemeld. De startpagina van Sprite Watchers geeft advies over hoe u ze kunt zoeken.

Sprites in detail zijn bundels lichtgevende ranken die zich naar boven en onder een centrale heldere bal verspreiden. Eenvoudige worden wortel-sprites genoemd. Grote sprite-clusters kunnen op kwallen of engelen lijken. Soms verschijnen groepen "dansende" sprites. Een galerij met sprites gepubliceerd in Natuurkunde vandaag geeft een goed beeld van deze flitsende wezens.

Blauwe stralen zijn kegels van zwak blauw licht die beginnen op ongeveer 15 km hoogte en oplopen tot ongeveer 45 km als een snelle rookwolk. Ze zijn vrij zeldzaam. Ze kunnen worden geassocieerd met zware hagelbuien in de wolken eronder.

Blauwe stralen zijn moeilijk vanaf de grond te bestuderen, omdat ze zich op lagere hoogten bevinden dan sprites. Ook reist blauw licht niet zo goed door de lucht als rood, en high-speed camera's zijn minder gevoelig voor blauw. Blauwe vliegtuigen worden het best bestudeerd vanuit vliegtuigen, maar die vluchten zijn kostbaar. We moeten dus wachten om meer te weten te komen over blauwe stralen.

Blauwe voorgerechten zijn zeldzame flitsen en stippen op lage hoogte die niet uitgroeien tot blauwe stralen. Voor het eerst gezien in 1994 en beschreven het volgende jaar, kunnen starters verband houden met dezelfde omstandigheden die blauwe stralen veroorzaken.

Elfen zijn extreem korte schijven van gedimd licht (en zeer lage frequentie radio-emissies) die op ongeveer 100 km verschijnen. Soms verschijnen ze met sprites, maar meestal niet. Elven werden voorspeld voordat ze voor het eerst werden waargenomen in 1994. De naam staat voor "Emissions of Light and VLF from EMP Sources."

Sprite halo's zijn schijven van licht, zoals elfen, maar zijn kleiner en lager, beginnend bij ongeveer 85 km en gaan naar beneden tot 70 km. Ze duren ongeveer een milliseconde en worden gevolgd door sprites, die rechtstreeks uit hun schijven lijken te groeien. Sprite-halo's worden beschouwd als een eerste fase van sprites.

Trollen (voor voorbijgaande rode optische lichtgevende lijnen) komen voor na een bijzonder sterke sprite, naar beneden in de laagste ranken nabij de wolkentoppen. Vroege opnames toonden ze aan als rode vlekken met vage rode staarten, die net zo opstegen als blauwe stralen. Snellere camera's laten zien dat trollen een snelle reeks gebeurtenissen zijn. Elke gebeurtenis begint met een rode gloed die zich vormt in een sprite-rank, en vervolgens naar beneden "afvoert". Elke volgende gebeurtenis begint hoger, zodat de serie eruitziet als een opwaartse waas in langzamere video's. Dit is een typisch patroon in de wetenschap: naar hetzelfde oude ding kijken met betere instrumenten onthult altijd iets nieuws en onverwachts.

Kabouters zijn kleine, zeer korte witte lichtpuntjes die naar boven wijzen vanaf de bovenkant van een grote onweerswolk aambeeld bovenzijde, met name de "overshoot dome", veroorzaakt doordat sterke opwaartse luchtstromen de stijgende vochtige lucht iets erboven duwen de aambeeld. Ze lijken ongeveer 150 meter breed en ongeveer een kilometer hoog en duren een paar microseconden.

Pixies zijn zo klein dat ze als punten verschijnen, waardoor ze minder dan 100 m breed zijn. In de video die ze voor het eerst documenteerde, verschijnen ze verspreid over de overshoot-koepel en lijken ze schijnbaar willekeurig te knipperen. Pixies en kabouters lijken een puur witte kleur, zoals gewone bliksem, en gaan niet gepaard met blikseminslagen.

Deze gebeurtenissen werden voor het eerst beschreven als "een hybride van blauwe jet en sprite. Het bovenste deel lijkt op een sprite, terwijl de onderste helft jetachtig is. Deze gebeurtenissen omvatten visueel de lagere atmosfeer naar de E-laag ionosfeer op 100 km. De lichtduur van deze gebeurtenissen varieert van 200 ms tot 400 ms, wat veel langer is dan die van typische sprites. "

PS: TLE's zijn nog een aanwijzing voor het gedrag van de hogere atmosfeer en zijn rol in het wereldwijde elektrische circuit. Een recent nummer van de nieuwsbrief over atmosferische elektriciteit presenteert een verbijsterende reeks onderzoeken op dit gebied. De toestand van het mondiale circuit is bijvoorbeeld een veelbelovende manier om de opwarming van de aarde te volgen.

De studie van lichten in de hogere atmosfeer duwt de mogelijkheden van de wetenschap, met name high-speed video. Het vergt ook geluk en vrienden op hoge plaatsen - zoals observatoria op de bergtop.

Er zijn speciale kijksites nodig om sprites te zien, omdat ze zich altijd boven onweersbuien verbergen. Op het Yucca Ridge Field Station, gerund door FMA Research in het noorden van Colorado, kunnen sprite-watchers bliksem zien stormen 1000 kilometer verderop over de Great Plains. Een vergelijkbaar observatorium bevindt zich in de Pyreneeën van Zuid-Frankrijk. Andere onderzoekers nemen stormvliegtuigen in de turbulente nachtelijke hemel om de ongrijpbare flitsen vast te leggen.

Het andere grote observatieplatform bevindt zich in een baan om de aarde. Er is belangrijk onderzoek gedaan vanuit de Space Shuttle, waaronder de noodlottige vlucht van Columbia die tijdens de terugkeer in 2003 is neergestort. En de tweede satelliet van Taiwan, gelanceerd in 2004, is gewijd aan dit veld.

De jacht op sprites en hun broers en zussen was ook afhankelijk van geluksonderbrekingen. Sprites werden voor het eerst opgenomen in 1989 toen enkele wetenschappers van de Universiteit van Minnesota, in afwachting van het filmen van een raketlancering, de camera op een verre onweersbui richtten. Een van hen controleerde de bedrading en maakte een los snoer vast. Minuten later ving de tape een flits op die zo kort was dat deze slechts twee frames in beslag nam. Die twee videoframes lanceerden een geheel nieuwe tak van de aardwetenschappen.

Op 22 juli 2000 was Walter Lyons in Yucca Ridge om een ​​video op te nemen van een enorm "mesoschaal" stormcomplex toen een kleinere geïsoleerde "supercel" -onweersbui naar het noorden dreef en het zicht blokkeerde. Supercellen - de typische aambeeldvormige cumulonimbus-onweersbuien - produceren geen sprites, maar Lyon laat de camera's rollen. Tot zijn verbazing toonden de opnames twee nieuwe soorten licht bovenaan de supercel: kabouters en elfjes.

Lyon is nog steeds op zoek naar nieuwe lampen. De wetenschappelijke literatuur heeft ooggetuige beschrijvingen van lichten in de hoge atmosfeer die meer dan een eeuw oud zijn. De meeste komen overeen met sprites en blauwe stralen. Maar een prikkelend handvol beschrijft helderwitte strepen die recht omhoog gaan en onvertakt van onweersbuien. Een paar foto's geven het verdere detail dat de bovenkanten van deze lichten blauw worden.

Ooit zullen we deze op tape vastleggen, hun spectra analyseren en ze een naam geven. Net als sprites, elfen en trollen zijn ze hier altijd geweest, maar we hadden nooit ogen om ze mee te zien.

De jaarlijkse decemberbijeenkomsten van de American Geophysical Union zijn sinds 1994 reünies van de hechte sprite-gemeenschap. Tijdens de sessie van 2001 pauzeerde de aanwezige groep om hun overleden vriend en mentor John Winckler te herinneren (1917-2001), de geofysicus en verzamelaar van vreemde bliksemverhalen die de camera op dat Minnesota richtte onweer in 1989. Tegelijkertijd waren de gesprekken van een Europees-Afrikaanse groep en een spritejachtteam uit Taiwan een bewijs van de groei van het veld.

Elk jaar brengt vooruitgang in de studie van sprites en hun familieleden. Aan het begin van het millennium leerden we dit:

• David Sentman, de man die hun naam sprites gaf, documenteerde zwaartekrachtgolven in de hoge atmosfeer die door sprites werd veroorzaakt. In feite "spatten" sprites energie in de ionosfeer als een zwemmer die in een zwembad ploft. Zo voegen ze zich bij meteoren, uitbarstingen, onweersbuien en aardbevingen als oorzaken van ionosferische zwaartekrachtgolven.
• De STEPS 2000-campagne nam sprites op toen andere waarnemers onderscheidende infrageluidssignalen detecteerden - ik zou deze 'sprite-donder' noemen. Walter Lyons heeft een PDF-document over dit onderwerp opgesteld.
• De eerste sprites werden waargenomen in Brazilië, een grote speeltuin voor onweersbuien, met instrumentale ballonnen en vliegtuigen.
• De spritegroep van de Tohoku-universiteit (blijkbaar opgeheven vanaf 2009) zocht in de winter naar sprites en volgde koude frontstormen in de oceaan bij Japan. Deze meteorologische setting is heel anders dan de Great Plains van Noord-Amerika, maar er verschijnen ook sprites.
• En een groep aan de National Cheng Kung University in Taiwan observeert zowel het vasteland van China als de Stille Oceaan. Zij waren degenen die gigantische blauwe stralen ontdekten.

Ik probeer elk jaar dit veld in de gaten te houden en ik heb nieuwe resultaten van de sessies van 2003 en 2004 gerapporteerd. Er is ook meer te zien in de Sprites categorie.

PS: Dit atmosferische onderzoek hangt ook samen met de lopende studie van gewone bliksem. Nieuwe netwerken observeren bliksem tot in de kleinste details en leveren gegevens op die inzicht kunnen geven in de krachten die sprites veroorzaken. Voor iedereen die ooit de bliksem van de hitte diep in de hoge wolken heeft gezien, zijn de resulterende foto's een magische glimp van iets dat nog nooit eerder is gezien.