Спрайт (молния) - Sprite (lightning)

Первое цветное изображение спрайта, сделанное с самолета.
Спрайт, сделанный с Международной космической станции (вверху справа, бледно-красный над молнией).

Спрайты или красные спрайты масштабны электрические разряды что происходит высоко над гроза облака, или кучево-дождевые облака, порождая довольно разнообразный набор визуальных форм, мерцающих в ночном небе. Обычно они запускаются разрядами положительная молния между лежащим в основе грозовая туча и земля.

Спрайты выглядят как светящиеся красновато-оранжевые вспышки. Они часто встречаются группами над тропосфера на высоте 50–90 км (31–56 миль). Спорадические визуальные сообщения о спрайтах относятся как минимум к 1886 году.[1] но впервые они были сфотографированы 6 июля 1989 года учеными из Университет Миннесоты и впоследствии были записаны на видеозаписи много тысяч раз.

Иногда спрайты называются неточно молния в верхних слоях атмосферы. Однако спрайты холодные плазма явления, которые не имеют температуры горячего канала тропосферный молнии, поэтому они больше похожи на флуоресцентная лампа разрядов, чем разряды молнии. Спрайты связаны с различными другими верхними слоями атмосферы. оптические явления в том числе синие струи и ЭЛЬФЫ.[1]

Изображение спрайта ISS вверху; увеличено

История

Самое раннее известное сообщение о переходных оптических явлениях над грозовыми облаками принадлежит Иоганн Георг Эстор в 1730 году. Другой ранний отчет принадлежит Тойнби и Маккензи в 1886 году.[2] Нобелевский лауреат К. Т. Р. Уилсон предположил в 1925 году на теоретических основаниях, что электрический пробой мог произойти в верхних слоях атмосферы, а в 1956 году он стал свидетелем того, что могло быть спрайтом. Впервые они были задокументированы фотографически 6 июля 1989 г., когда ученые из Университет Миннесоты, используя видеокамеру для слабого освещения, случайно сделал первое изображение того, что впоследствии стало известно как спрайт. [3]

Через несколько лет после их открытия они были названы спрайты (духи воздуха) после их неуловимой природы.[4] С момента видеосъемки 1989 года спрайты снимались с земли, с самолетов и из космоса и стали предметом интенсивных исследований.

В 2016 году спрайты наблюдались во время Ураган Мэтью переход через Карибский бассейн.[5] Роль спрайтов в тропических циклонах в настоящее время неизвестна.[6]

Характеристики

Различные типы электрических явлений в атмосфере

Спрайты наблюдались более Северная Америка,[7] Центральная Америка, Южная Америка,[8] Европа,[9] Центральная Африка (Заир ), Австралия, то Японское море и Азия и считается, что они возникают во время большинства сильных грозовых систем.

Роджер (1999) разделил спрайты на три типа в зависимости от их внешнего вида.[1]

  • Спрайт медузы - очень большой, до 50 на 50 км (31 на 31 миль).
  • Колонный спрайт (C-спрайт) - крупномасштабные электрические разряды над землей, которые до сих пор полностью не изучены.
  • Морковный спрайт - спрайт-столбик с длинными усиками.

Спрайты окрашены в красновато-оранжевый цвет[4] в их верхних областях с голубоватым свисанием усики внизу, и ему может предшествовать красноватый ореол. Они длятся дольше, чем обычные нижние стратосферные разряды, которые обычно длятся несколько миллисекунд и обычно вызываются разрядами положительной молнии между грозовым облаком и землей.[10], хотя также наблюдались спрайты, порожденные отрицательными наземными вспышками.[11] Они часто встречаются группами из двух или более, и обычно охватывают диапазон высот от 50 до 90 километров (от 31 до 56 миль), с чем-то вроде усиков, свисающих внизу, и ветвей, уходящих вверх.[4]

Спрайт поверх Лаос, как видно с Международной космической станции

Оптическое изображение с частотой 10 000 кадров в секунду высокоскоростная камера показали, что спрайты на самом деле представляют собой скопления маленьких ионизационных шаров декаметрового размера (10–100 м или 33–328 футов), которые запускаются с высоты около 80 км (50 миль), а затем движутся вниз со скоростью до десяти. процентов скорость света, за которым через несколько миллисекунд следует отдельный набор движущихся вверх шаров ионизации.[12] Спрайты могут быть смещены по горизонтали на расстояние до 50 км (31 миль) от места удара молнии с временной задержкой после удара молнии, которая обычно составляет несколько миллисекунд, но в редких случаях может достигать 100 миллисекунд.

Это кадры из МКС показывает красный спрайт над Восточной Азией непосредственно перед 0:07, прямо над большой вспышкой молнии в верхнем правом углу кадра.

Для того, чтобы снимать спрайты с Земли, должны быть особые условия: 150–500 км (93–311 миль) прямой видимости до мощной грозы с положительной молнией между облаком и землей, записывающее оборудование, чувствительное к красному цвету, и черное неосвещенное небо. .[13]

Ореол спрайтов

Иногда спрайтам предшествует спрайт примерно на 1 миллисекунду. гало, блинная область слабой, переходной оптический выбросы приблизительно 50 километров (31 миль) в поперечнике и 10 километров (6,2 мили) толщиной. Ореол сосредоточен на высоте около 70 километров (43 мили) над уровнем первоначального удара молнии. Считается, что эти ореолы создаются тем же физическим процессом, который производит спрайты, но для которых ионизация слишком слабая, чтобы пересечь порог, необходимый для образования стримера. Иногда их принимают за ЭЛЬФЫ, из-за их визуального сходства и небольшой продолжительности.[14][15][16]

Исследования, проведенные на Стэндфордский Университет in 2000 указывает, что, в отличие от спрайтов с яркой вертикальной столбчатой ​​структурой, появление ореолов спрайтов не является необычным в связи с нормальными (отрицательными) разрядами молний.[16]Исследования 2004 г. учеными из Университет Тохоку обнаружили, что очень низкая частота выбросы происходят одновременно со спрайтом, что указывает на то, что разряд внутри облака может генерировать спрайты.[17]

Связанные повреждения самолета

Спрайтов обвиняли в происшествиях, которые иначе не могли быть объяснены, с участием высотных транспортных средств над грозами. Одним из примеров этого является неисправность НАСА стратосферный воздушный шар, запущенный 6 июня 1989 г. Палестина, Техас. Воздушный шар пострадал от несанкционированного сброса полезной нагрузки во время полета на высоте 120000 футов (37000 м) над грозой вблизи Грэм, Техас. Спустя несколько месяцев после аварии расследование пришло к выводу, что инцидент спровоцировала «молния», летевшая вверх из облаков.[18] Приписывание аварии спрайту было произведено задним числом, поскольку этот термин не был введен до конца 1993 года.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Роджер, К. Дж. (1999). «Красные духи, восходящие молнии и возмущения СНЧ». Обзоры геофизики. 37 (3): 317–336. Дои:10.1029 / 2001JA000283.
  2. ^ Тойнби, Генри (14 января 1886 г.). «Метеорологические явления (письмо)». Природа. 33 (846): 245. Дои:10.1038 / 033245d0. S2CID  4128139.
  3. ^ Franz, R.C .; Nemzek, R.J .; Винклер, Дж. Р. (1990). «Телевизионное изображение большого восходящего электрического разряда над грозовой системой». Наука. 249 (4964): 48–51. Дои:10.1126 / science.249.4964.48. PMID  17787625. S2CID  9343018.
  4. ^ а б c Sentman, D.D .; Wescott, E.M .; Осборн, Д. Л .; Hampton, D. L .; Хевнер, М. Дж. (1995). «Предварительные результаты авиационной кампании Sprites94: 1. Красные спрайты». Geophys. Res. Латыш. 22 (10): 1205–1208. Bibcode:1995GeoRL..22.1205S. Дои:10.1029 / 95GL00583.
  5. ^ "Редкие, красочные духи молний танцуют над ураганом Мэтью". Национальная география. 3 октября 2016 г.. Получено 3 октября, 2016.
  6. ^ «Ураган Мэтью и оркестр дня и ночи». Кооперативный институт метеорологических спутниковых исследований. Университет Висконсина-Мэдисона. 7 октября 2016 г.. Получено 3 ноября, 2016.
  7. ^ Кэти Берри (1994). Яркие цветные вспышки, записанные во время грозы. НАСА. Проверено 18 февраля 2009.
  8. ^ Дон Сэвидж и Кэти Берри (1995). Впервые подтверждены спрайты из-за штормов за пределами США. НАСА. Проверено 18 февраля 2009.
  9. ^ "Редкий атмосферный феномен, наблюдаемый из Армы". Архивировано из оригинал на 2013-09-05. Получено 2013-08-21.
  10. ^ Boccippio, D. J .; Уильямс, ER; Хекман, SJ; Лион, Вашингтон; Бейкер, ИТ; Болди, Р. (август 1995 г.). «Спрайты, переходные процессы ELF и положительные штрихи на земле». Наука. 269 (5227): 1088–1091. Bibcode:1995Научный ... 269.1088B. Дои:10.1126 / science.269.5227.1088. PMID  17755531. S2CID  8840716.
  11. ^ Лу, Гаопэн; Каммер, Стивен А; Блейксли, Ричард Дж; Вайс, Стефани; Бисли, Уильям H (2012). «Морфология молнии и изменение момента импульсного заряда отрицательных разрядов высокого пикового тока». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 117 (D4): н / д. Bibcode:2012JGRD..117.4212L. CiteSeerX  10.1.1.308.9842. Дои:10.1029 / 2011JD016890.
  12. ^ Stenbaek-Nielsen, H.C .; McHarg, M.G .; Kanmae, T .; Sentman, D.D. (6 июня 2007 г.). «Наблюдаемые скорости излучения в головах спрайтов». Geophys. Res. Латыш. 34 (11): L11105. Bibcode:2007GeoRL..3411105S. Дои:10.1029 / 2007GL029881. L11105.
  13. ^ Гренне, Джеспер. "Første danske 'red sprites' fanget fra Silkeborg" В архиве 22 августа 2012 г. Wayback Machine Датский метеорологический институт, 20 августа 2012. Дата обращения: 20 августа 2012.
  14. ^ Рина Миясато, Хироши Фукуниси, Юкихиро Такахаши, Майкл Дж. Тейлор, Ханс. К. Стенбек-Нильсен (2002). Характеристики ореолов спрайтов, вызванных молниями, и механизмы их генерации. Родная деревня Академического общества. Проверено 18 февраля 2009.[мертвая ссылка ]
  15. ^ Кристофер Баррингтон Ли (2000). Ореолы спрайтов. В архиве 2008-09-17 на Wayback Machine Стэндфордский Университет. Проверено 18 февраля 2008.
  16. ^ а б Баррингтон-Ли, Ч.П., Инан США и М. Стэнли, «Идентификация спрайтов и эльфов с помощью усиленного видео и широкополосной матричной фотометрии», J. Geophys. Res. 106, No. 2, февраль 2001 г.
  17. ^ Окубо, А .; Fukunishi, H .; Takahashi, Y .; Адачи, Т. (2005). «Сферические доказательства активности разряда в облаках, производящие спрайты в VLF / ELF» Письма о геофизических исследованиях. 32 (4): L04812. Bibcode:2005GeoRL..32.4812O. Дои:10.1029 / 2004GL021943. S2CID  53059204.
  18. ^ STRATOCAT (2009). «Данные стратосферного шара, запущенного 5.06.1989 из Колумбийского научного центра по изучению воздушных шаров, Палестина, Техас, США, для наблюдения молекул, флуоресцентные с помощью лазера». Получено 2009-02-18.

внешняя ссылка