Duszki: Błyskawica Górnej Atmosfery

Burze wypełniają niebo światłapowyżej a także pod chmurami. Od 1990 nastąpiła eksplozja zainteresowania tymi blaskami i błyskami na wysokim niebie. Niosą kapryśne imiona, takie jak duszki, elfy, gnomy i inne.

Te przejściowe zdarzenia świetlne lub TLE są podobne do błyskawicy. Tak jak ziemia stała przewodzi elektryczność i przyciąga błyskawice, podobnie jonosfera, warstwa powyżej stratosfery. Duży uderzenie pioruna uruchamia rosnący impuls elektromagnetyczny (EMP), który wzbudza cienkie powietrze, dopóki nie wyemituje światła.

Najczęstszym TLE jest duszek - błysk czerwonego światła bezpośrednio nad dużym burze z piorunami. Duchy pojawiają się ułamek sekundy po silnym uderzeniu pioruna, szybując w górę na wysokość prawie 100 kilometrów. David Sentman z University of Alaska w Fairbanks nazwał ich duchami jako sposób na mówienie o nich bez zakładania ich przyczyny i mechanizmu.

Duszki są obfite na amerykańskim Środkowym Zachodzie, gdzie powszechne są wielkie burze, ale są zgłaszane w wielu innych miejscach. Strona główna Sprite Watchers zawiera porady, jak ich szukać.

Duszki w szczegółach to wiązki świetlistych wąsów, które rozciągają się na zewnątrz powyżej i poniżej centralnej jasnej kuli. Proste nazywane są duszkami marchwi. Duże gromady duszków mogą przypominać meduzę lub anioły. Czasami pojawiają się grupy „tańczących” duszków. Galeria duszków opublikowana w Fizyka dzisiaj daje dobry obraz tych migających stworzeń.

Niebieskie odrzutowce to stożki słabego niebieskiego światła, które zaczynają się na wysokości około 15 km i wznoszą się na około 45 km jak szybki kłęb dymu. Są raczej rzadkie. Mogą być związane z burzami gradowymi w chmurach pod nimi.

Niebieskie dżety są trudne do zbadania z ziemi, ponieważ znajdują się na niższych wysokościach niż duszki. Niebieskie światło nie przemieszcza się w powietrzu tak samo jak czerwone, a szybkie kamery są mniej wrażliwe na niebieski. Niebieskie odrzutowce najlepiej badać z samolotów, ale loty te są kosztowne. Musimy więc poczekać, aby dowiedzieć się więcej o niebieskich dżetach.

Niebieskie przystawki to rzadkie błyski na małej wysokości i kropki, które nie wyrastają na niebieskie strumienie. Po raz pierwszy zaobserwowany w 1994 roku i opisany w następnym roku, startery mogą być powiązane z tymi samymi warunkami, które uruchamiają niebieskie dżety.

Elfy to wyjątkowo krótkie dyski słabego światła (i emisje radiowe o bardzo niskiej częstotliwości), które pojawiają się na około 100 km. Czasami pojawiają się z duszkami, ale zwykle nie. Elfy zostały przewidziane, zanim zostały po raz pierwszy zaobserwowane w 1994 roku. Nazwa oznacza „Emisje światła i VLF ze źródeł EMP”.

Halo duszka są dyskami światła, podobnie jak elfy, ale są mniejsze i niższe, zaczynając od około 85 km i przesuwając się do 70 km. Trwają około milisekundy, a po nich następują duszki, które wydają się rosnąć prosto z dysków. Uważa się, że aureole duszków są początkowym etapem duszków.

Trolle (dla przemijającego czerwonego optycznego liniowego światła) pojawiają się po szczególnie silnym duszcie, w dół w najniższych wąsach w pobliżu wierzchołków chmur. Wczesne nagrania pokazały je jako czerwone plamy z lekkimi czerwonymi ogonami, unoszącymi się jak niebieskie dżety. Szybsze kamery pokazują trolle jako szybką serię wydarzeń. Każde zdarzenie zaczyna się od czerwonej poświaty, która formuje się w wąs duszka, a następnie „spływa” w dół. Każde następne wydarzenie zaczyna się wyżej, dzięki czemu seria wygląda jak rozmycie w górę w wolniejszych filmach. Jest to typowy wzorzec w nauce: patrzenie na tę samą starą rzecz za pomocą lepszych instrumentów zawsze ujawnia coś nowego i nieoczekiwanego.

Krasnale są małymi, bardzo krótkimi białymi kolcami światła skierowanymi w górę od wierzchołka dużej chmury burzowej top kowadła, a konkretnie „kopuła przeregulowana”, spowodowana silnymi prądami wznoszącymi lekko unoszące się wilgotne powietrze kowadło. Mają około 150 metrów szerokości i około kilometra wysokości i trwają kilka mikrosekund.

Pixies są tak małe, że wydają się punktowe, przez co mają mniej niż 100 m średnicy. W filmie, w którym po raz pierwszy je udokumentowano, pojawiają się one rozrzucone po przekroczonej kopule, migając pozornie przypadkowo. Pixie i gnomy wydają się mieć czysty biały kolor, jak zwykła błyskawica, i nie towarzyszą uderzeniom pioruna.

Wydarzenia te zostały po raz pierwszy opisane jako „hybryda niebieskiego odrzutowca i duszka. Górna część przypomina duszka, podczas gdy dolna połowa przypomina strumień. Te wydarzenia wizualnie rozciągają się od dołu atmosfera do jonosfery warstwy E w odległości 100 km. Czas świecenia tych zdarzeń wynosi od 200 ms do 400 ms, czyli znacznie dłużej niż w przypadku typowych duszków. ”

PS: TLE są jeszcze jedną wskazówką dotyczącą zachowania górnej atmosfery i jej roli w globalnym obwodzie elektrycznym. Ostatnie wydanie biuletynu dotyczącego energii elektrycznej w atmosferze przedstawia zadziwiający zakres badań w tej dziedzinie. Na przykład stan obwodu globalnego jest obiecującym sposobem monitorowania globalnego ocieplenia.

Badanie świateł w górnej atmosferze przesuwa możliwości nauki, zwłaszcza wideo o wysokiej prędkości. Potrzeba także szczęścia i przyjaciół na wysokich stanowiskach - takich jak obserwatoria na szczycie góry.

Potrzebne są specjalne strony do oglądania duszek, ponieważ zawsze chowają się nad burzami. Na stacji polowej Yucca Ridge, prowadzonej przez FMA Research w północnej Kolorado, obserwatorzy sprite mogą zobaczyć błyskawice z burze 1000 kilometrów nad Wielkimi Równinami. Podobne obserwatorium znajduje się w regionie Pirenejów w południowej Francji. Inni badacze przenoszą samoloty skaczące na burzliwe nocne niebo, aby uchwycić nieuchwytne błyski.

Druga główna platforma obserwacyjna znajduje się na orbicie. Przeprowadzono ważne badania kosmicznego promu kosmicznego, w tym fatalny lot Kolumbii, który rozbił się podczas ponownego wejścia w 2003 r. Drugi satelita Tajwanu, wystrzelony w 2004 roku, poświęcony jest tej dziedzinie.

Polowanie na duszki i ich rodzeństwo zależało również od szczęśliwych przerw. Po raz pierwszy duszki zostały nagrane w 1989 roku, kiedy niektórzy naukowcy z University of Minnesota, czekając na filmowanie wystrzelenia rakiety, wycelowali aparat w daleką burzę. Jeden z nich sprawdził okablowanie i naprawił luźny przewód. Kilka minut później taśma błysnęła tak krótko, że zajmowała tylko dwie klatki. Te dwie klatki wideo uruchomiły zupełnie nową gałąź nauki o Ziemi.

22 lipca 2000 r. Walter Lyons był na Grzbiecie Yucca, nagrywając wideo z ogromnego kompleksu burzowego „mezoskalowego”, gdy mniejsza izolowana burza „superkomórkowa” dryfowała na północ, blokując widok. Superkomórki - typowe burzowe cumulonimbusy w kształcie kowadła - nie wytwarzają duszków, ale Lyons pozwalają toczyć się kamerom. Ku jego zaskoczeniu nagrania pokazały dwa nowe rodzaje świateł na szczycie superkomórki: gnomy i pixie.

Lyons wciąż szuka nowych świateł. Literatura naukowa zawiera opisy naocznych świadków dotyczące świateł w wysokiej atmosferze sprzed ponad stu lat. Większość odpowiada duchom i niebieskim dyszom. Ale kusząca garstka opisuje jasne białe smugi, unoszące się prosto i nierozgałęzione od szczytów burzy. Kilka zdjęć przedstawia dalsze szczegóły, że szczyty tych świateł mają odcień do niebieskiego.

Pewnego dnia uchwycimy je na taśmie, przeanalizujemy ich widma i nadamy im nazwę. Jak skrzaty, elfy i trolle, zawsze tu byli, ale nigdy nie mieliśmy oczu, by ich zobaczyć.

Coroczne grudniowe spotkania Amerykańskiej Unii Geofizycznej są zjazdami zwartej społeczności duszków od 1994 roku. Na sesji w 2001 r. Grupa zatrzymała się, by przypomnieć sobie swojego zmarłego przyjaciela i mentora Johna Wincklera (1917–2001), geofizyk i kolekcjoner dziwnych piorunów, który skierował kamerę na Minnesotę burza z piorunami w 1989 r. Jednocześnie rozmowy grupy europejsko-afrykańskiej i zespołu polującego na duszki z Tajwanu były dowodem rozwoju tego pola.

Każdego roku przynosi postępy w badaniu duszków i ich krewnych. Na przełomie tysiącleci uczymy się tego:

• David Sentman, człowiek, który nadał duszkom ich imię, udokumentował fale grawitacyjne w wysokiej atmosferze spowodowane przez duszki. W efekcie duszki „rozpryskują” energię w jonosferę jak pływak opadający do basenu. W ten sposób łączą meteory, erupcje, burze i trzęsienia ziemi jako przyczyny fal grawitacyjnych jonosfery.
• Kampania STEPS 2000 zarejestrowała duszki, gdy inni obserwatorzy wykryli charakterystyczne sygnały infradźwiękowe - nazwałbym je „grzmotem duszka”. Walter Lyons przygotował dokument PDF na ten temat.
• Pierwsze duszki zaobserwowano w Brazylii, głównym placu zabaw z burzami, przy użyciu oprzyrządowanych balonów i samolotów.
• Grupa duszków Uniwersytetu Tohoku (najwyraźniej nieistniejąca od 2009 r.) Szukała duszków zimą, monitorując burze z zimnym frontem w oceanie w pobliżu Japonii. To ustawienie meteorologiczne różni się od Wielkich Równin Ameryki Północnej, ale pojawiają się tam również duszki.
• A grupa z Narodowego Uniwersytetu Cheng Kung na Tajwanie obserwuje Chiny kontynentalne i Pacyfik. To oni odkryli gigantyczne niebieskie dżety.

Staram się śledzić to pole każdego roku i zgłosiłem nowe wyniki sesji 2003 i 2004. Jest też więcej do zobaczenia w Duszki Kategoria.

PS: Te badania atmosferyczne są również powiązane z trwającymi badaniami zwykłej błyskawicy. Nowe sieci obserwują błyskawice ze wspaniałymi szczegółami, uzyskując dane, które mogą dać wgląd w siły, które powodują duszki. Dla każdego, kto kiedykolwiek oglądał błyskawicę ukrytą głęboko w wysokich chmurach, powstałe zdjęcia stanowią magiczne spojrzenie na coś, czego nigdy wcześniej nie widziałem.