Верхние атмосферные молнии - Upper-atmospheric lightning

Представление верхних атмосферных явлений молний и электрических разрядов
Изображение, полученное зондом НАСА Juno, получило изображение TLE на Юпитере .

Молния в верхних слоях атмосферы или ионосферная молния - это термины, которые иногда используются исследователями для обозначения семейства короткоживущих явлений электрического пробоя, которые происходят значительно выше высот обычных молний и грозовых облаков. Считается, что молнии в верхних слоях атмосферы представляют собой электрически индуцированные формы светящейся плазмы . Предпочтительным использованием является переходное световое явление (TLE), потому что различные типы электрических разрядов в верхних слоях атмосферы не имеют некоторых характеристик более известных тропосферных молний.

Переходные светящихся события наблюдались также в дальнем ультрафиолетовых изображениях верхних слоев атмосферы Юпитера , высоко над высотой грозовых облаков продуцирующих воды.

Характеристики

Спрайты в летнюю ночь в обсерватории Ла Силья .

Существует несколько типов TLE, наиболее распространенными из которых являются спрайты . Спрайты - это вспышки яркого красного света, возникающие над штормовыми системами. C-спрайты (сокращение от «столбчатые спрайты») - это название, данное вертикальным столбцам красного света. C-спрайты с усиками иногда называют «морковными спрайтами». К другим типам TLE относятся ореолы спрайтов, призраки, синие самолеты, гигантские самолеты, пикси, гномы, тролли, синие стартеры и эльфы. Аббревиатура ELVES (« Излучение света и возмущения очень низкой частоты из-за источников электромагнитных импульсов ») относится к единственному событию, которое обычно считается множественным. TLE - это вторичные явления, которые происходят в верхних слоях атмосферы в связи с грозовой молнией .

TLE обычно длятся от менее миллисекунды до более 2 секунд. Первая видеозапись TLE была сделана случайно 6 июля 1989 года, когда исследователь RC Franz оставил камеру включенной на ночь, чтобы рассмотреть ночное небо. При просмотре отснятого видео на двух кадрах фильма появились два пальцеобразных вертикальных изображения. Следующие известные видеозаписи TLE были сделаны в 1989 году, когда космический корабль STS-34 проводил эксперимент по наблюдению мезомасштабных молний. 21 октября 1989 г. TLE'S были зарегистрированы во время орбиты шаттла 44 и 45. TLE были захвачены различными оптическими системами записи , при этом общее количество недавних зарегистрированных событий (начало 2009 г.) оценивается во многие десятки тысяч. По данным спутниковых наблюдений ( FORMOSAT-2 ) глобальная частота возникновения TLE оценивается в несколько миллионов событий в год.

История

В 1920-х годах шотландский физик К.Т.Р. Уилсон предсказал, что электрический пробой должен происходить в атмосфере над сильными грозами. В последующие десятилетия пилоты самолетов сообщали о высотных электрических разрядах и не принимали во внимание метеорологи до тех пор, пока в 1989 году не было задокументировано первое прямое визуальное свидетельство. Несколько лет спустя исследователи назвали оптические сигнатуры этих событий «спрайтами», чтобы избежать непреднамеренного намекания на физические свойства, которые в то время были еще неизвестны. Термины красные спрайты и синие самолеты приобрели популярность после того, как в 1994 году был распространен видеоклип после кампании исследования самолетов по изучению спрайтов.

Спрайты

Основная статья: Sprite (молния)
Первое цветное изображение спрайта, сделанное с самолета.

Спрайты - это крупномасштабные электрические разряды, которые происходят высоко над грозовым облаком или кучево-дождевыми облаками , вызывая довольно разнообразный диапазон визуальных форм. Они вызываются разрядами положительной молнии между грозовой тучей и землей. Эти явления были названы после того, как озорной спрайт , например, Шекспира Ариэль или Puck , а также bacronym для S tratospheric / мезосферы P erturbations R esulting от I ntense T hunderstorm E lectrification. Обычно они окрашены в красновато-оранжевый или зеленовато-синий цвет, с свисающими усиками внизу и дугообразными ветвями вверху. Им также может предшествовать красноватый ореол, известный как ореол спрайта. Они часто встречаются группами, лежащими на высоте от 50 до 90 километров (56 миль) над поверхностью Земли . Спрайты наблюдались тысячи раз. Спрайты несут ответственность за необъяснимые аварии с участием высотных транспортных средств над грозами.

Спрайты над Римом, вид с Антиба - Франция

Струи

Хотя струи считаются типом молний в верхних слоях атмосферы, было обнаружено, что они являются компонентами тропосферных молний и типа разряда из облака в воздух, который возникает во время грозы и распространяется вверх. Напротив, другие типы TLE электрически не связаны с тропосферной молнией, несмотря на то, что они запускаются ею. Два основных типа самолетов - синие и гигантские . Синие стартеры считаются более слабой формой синих струй.

Синие струи

Гигантский реактивный самолет, вид с вершины Мауна-Кеа , Гавайи.

Считается, что синие струи инициируются как «нормальные» разряды молнии между верхней положительной областью заряда в грозовом облаке и отрицательным «экранирующим слоем», находящимся над этой областью заряда. Положительный конец цепочки лидеров заполняет область отрицательного заряда до того, как отрицательный конец заполняет область положительного заряда, а положительный лидер впоследствии покидает облако и распространяется вверх. Ранее считалось, что синие струи не имеют прямого отношения к вспышкам молний, ​​и что присутствие града каким-то образом привело к их возникновению. Они также ярче спрайтов и, как следует из их названия, имеют синий цвет. Считается, что этот цвет обусловлен набором синих и близких к ультрафиолетовому излучению линий нейтрального и ионизированного молекулярного азота . Впервые они были записаны 21 октября 1989 года на монохромном видео грозы на горизонте, сделанном с космического корабля "Шаттл", проходящего над Австралией . Синие струи встречаются гораздо реже, чем спрайты. К 2007 году было получено менее сотни изображений. Большинство этих изображений, включая первые цветные изображения, связаны с одной грозой. Они были сделаны в 1994 году во время серии полетов самолетов для изучения спрайтов. Совсем недавно источник и формирование синих струй наблюдали с Международной космической станции .

Синие стартеры

Голубые стартеры были обнаружены на видео во время ночного исследовательского полета вокруг гроз и, по-видимому, являются «восходящим световым явлением, тесно связанным с голубыми струями». Они кажутся короче и ярче синих струй, достигая высоты всего до 20 км. «Синие стартеры выглядят как синие форсунки, которые никогда этого не делают», - говорит доктор Виктор П. Пасько, доцент кафедры электротехники.

Гигантские самолеты

Спрайты над Оро-Верде, Аргентина , 2 февраля 2014 г.

В то время как синие струи, как полагают, возникают между верхней областью положительного заряда и отрицательным экранирующим слоем непосредственно над этой областью, кажется , что гигантские струи возникают между областями верхнего положительного и нижнего отрицательного заряда в грозовом облаке. В процессе, аналогичном тому, как формируются синие струи, область с более высоким зарядом разряжается сетью лидеров до того, как то же самое происходит в области с более низким зарядом, и один конец сети лидеров распространяется вверх от облака к ионосфере. Гигантские струи достигают больших высот, чем синие струи, а верхняя часть струи меняет цвет с синего на красный.

Наблюдения

14 сентября 2001 года ученые из обсерватории Аресибо сфотографировали гигантскую струю - вдвое превышающую высоту наблюдавшихся ранее - достигающую около 70 км (45 миль) в атмосферу. Джет находился над грозой над океаном и продержался менее секунды. Первоначально было замечено, что реактивный самолет движется со скоростью около 50 000 м / с (110 000 миль / ч; 180 000 км / ч) со скоростью, аналогичной типичной скорости молнии, которая увеличилась до 160 000 и 270 000 м / с (360 000–600 000 миль / ч; 580 000–970 000 км). / ч), но затем разделился на две части и ускорился вверх со скоростью не менее 2 000 000 м / с (4 500 000 миль в час; 7 200 000 км / ч) к ионосфере, где затем распространился яркой вспышкой света.

22 июля 2002 года пять гигантских самолетов длиной от 60 до 70 километров (35 и 45 миль) были замечены над Южно-Китайским морем со стороны Тайваня , сообщает Nature . Струи длились менее секунды, а формы исследователи сравнили с гигантскими деревьями и морковью.

10 ноября 2012 г. Китайский научный бюллетень сообщил о гигантском джете, наблюдавшемся над грозой на материковом Китае 12 августа 2010 г. «Событие GJ, которое было четко зарегистрировано в восточном Китае (центр шторма расположен на 35,6 ° с.ш., 119,8 ° в.д. , недалеко от Хуанхайского моря ) ».

2 февраля 2014 года обсерватория Оро-Верде в Аргентине сообщила о десяти или более случаях гигантских джетов, наблюдавшихся во время грозы на юге Энтре-Риос . Центр шторма находился на 33 ° ю.ш., 60 ° з.д., недалеко от города Росарио .

13 августа 2016 года фотограф Фебе Пан сделал четкую широкоугольную фотографию гигантского джета на широкоугольный объектив во время съемки метеоров Персеиды на вершине пика Ши Кенг Конг в провинции Гуандун, а Ли Хуалонг запечатлел тот же самый джет из более отдаленного места. в Цзяхэ, Хунань, Китай.

28 марта 2017 года фотограф Джефф Майлз запечатлел четыре гигантских самолета над Австралией.

16 октября 2019 года пилот Крис Холмс снял в высоком разрешении видео гигантского реактивного самолета с высоты 35000 футов (10,6 км) над Мексиканским заливом недалеко от полуострова Юкатан. С расстояния 35 миль (56 км) видео Холмса показывает, как синяя лента поднимается от вершины грозы до ионосферы, становясь красной вверху. Только после этого блестящий лидер белой молнии медленно ползет с вершины облака, достигая примерно 10% высоты гигантской струи перед тем, как исчезнуть.

20 сентября 2021 года в 22:41 (02:41 UTC), лицом к северо-востоку от Кабо-Рохо, Пуэрто-Рико, фотограф Фрэнки Лусена записал видео гигантского плазменного выброса, произошедшего во время грозы в этом районе.

ЭЛЬФЫ

ELVES ( излучение света и возмущения очень низкой частоты из-за источников электромагнитных импульсов ) часто проявляется в виде тусклого, сплющенного, расширяющегося свечения диаметром около 400 км (250 миль), которое длится, как правило, всего одну миллисекунду . Они возникают в ионосфере на высоте 100 км над землей во время гроз . Некоторое время их цвет был неизвестен, но теперь считается, что он красный. ELVES были впервые зарегистрированы во время другой миссии шаттла, на этот раз у Французской Гвианы 7 октября 1990 года. Этот ELVES был обнаружен на видео с шаттла командой Mesoscale Lightning Experiment (MLE) в Центре космических полетов им. Маршалла , штат Алабама, во главе с главным исследователем. , Ота Х. "Скит" Воан-младший.

ELVeS является прихотливы акроним для Е миссии L пролета и V ERy низкой частоты возмущении в связи с E lectromagnetic Pulse S ources. Это относится к процессу, посредством которого генерируется свет; возбуждение молекул азота из-за столкновений электронов (электроны, возможно, были возбуждены электромагнитным импульсом, вызванным разрядом от подстилающей грозы).

Тролли, пикси, призраки и гномы

Тролли

ТРОЛЛИ (переходные красные оптические светящиеся линеаменты) возникают после сильных спрайтов и появляются в виде красных пятен со слабыми хвостами, а на высокоскоростных камерах появляются как быстрая серия событий, начиная с красного свечения, которое формируется после усика спрайта, который позже производит красную полосу вниз от себя. Они похожи на струи.

Пикси

Пикси были впервые замечены во время программы STEPS летом 2000 года, многоорганизационной полевой программы по исследованию электрических характеристик гроз на Высоких равнинах . Серия необычных явлений с белым свечением на вершине грозы наблюдалась в течение 20-минутного периода, продолжительностью в среднем 16 миллисекунд каждое. Позже их окрестили пикси. Они меньше 100 метров в поперечнике. Они не имеют отношения к молнии.

Призраки

Призраки ( G выбросы Reen из возбужденного O xygen в S prite Т OPS) являются слабым, зеленым светятся , которые появляются после того, как красные спрайты, исчезают в миллисекундах. Хотя они были первоначально задокументированы фотографом Рэнди Халверсоном в 2014 году, призраки были официально обнаружены профессиональным охотником за штормами Хэнком Шима и Полом Смитом в 2019 году. Никаких научных журналов по этим явлениям пока не существует из-за их недавней классификации в качестве уникального явления в верхних слоях атмосферы. но они наблюдались на видеозаписи. Наблюдатели выдвинули гипотезу о том, что их зеленое свечение исходит от возбужденных атомов кислорода, так же как полярные сияния выглядят зелеными, однако это не подтверждено.

Гномы

Гномы - это маленькие короткие лучи света, которые указывают вверх от вершины наковальни грозового облака, вызванные сильными восходящими потоками, выталкивающими влажный воздух над наковальней. Они длятся всего несколько микросекунд. Их ширина составляет около 200 метров, а высота - максимум 1 километр. Их цвет неизвестен, так как они наблюдались только на черно-белых кадрах.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки