Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Первое цветное изображение спрайта, сделанное с самолета.
Спрайт, сделанный с Международной космической станции (вверху справа, бледно-красный над молнией).

Спрайты или красные спрайты - это крупномасштабные электрические разряды, которые происходят высоко над грозовыми облаками или кучево-дождевыми облаками , вызывая довольно разнообразный диапазон визуальных форм, мерцающих в ночном небе. Обычно они вызываются разрядами положительной молнии между нижележащим грозовым облаком и землей.

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

Иногда спрайтов неточно называют верхней атмосферной молнией . Однако спрайты - это явления холодной плазмы, которым не хватает температуры горячего канала тропосферной молнии, поэтому они больше похожи на разряды люминесцентных ламп, чем на разряды молний. Спрайты связаны с различными другими оптическими явлениями в верхних слоях атмосферы, включая голубые струи и ELVES . [1]

Изображение спрайта ISS вверху; увеличено

История [ править ]

Самое раннее известное сообщение о переходных оптических явлениях над грозовыми облаками было сделано Иоганном Георгом Эстором в 1730 году. Еще одно раннее сообщение было сделано Тойнби и Маккензи в 1886 году. [2] Нобелевский лауреат CTR Wilson предположил в 1925 году на теоретических основаниях, что электрический пробой может 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 года, когда ученые из Университета Миннесоты , используя видеокамеру для слабого освещения, случайно сделали первое изображение того, что впоследствии стало известно как спрайт. [3]

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

В 2016 году спрайты наблюдались во время прохождения урагана Мэтью через Карибское море. [5] Роль спрайтов в тропических циклонах в настоящее время неизвестна. [6]

Характеристики [ править ]

Различные типы электрических явлений в атмосфере

Спрайты наблюдались над Северной Америкой , [7] Центральной Америкой , Южной Америкой , [8] Европой , [9] Центральной Африкой ( Заир ), Австралией , Японским морем и Азией и, как полагают, случаются во время большинства крупных 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-sprite) - 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 своих верхних частях, с голубоватыми свисающими усиками внизу, и им 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, генерируемые 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 над Лаосом , вид с Международной космической станции

Визуализация оптических изображений с помощью высокоскоростной камеры со скоростью 10 000 кадров в секунду показала, что спрайты на самом деле представляют собой кластеры небольших, декаметровых размеров (10–100 м или 33–328 футов) шаров ионизации, которые запускаются на высоте около 80 км ( 50 миль), а затем движется вниз со скоростью до десяти процентов скорости света , а 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 задержкой по времени после удара молнии, которая обычно составляет несколько миллисекунд, но в редких случаях может достигать 100 миллисекунд. .

Воспроизвести медиа
На этом кадре с МКС показан 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 спрайта [ править ]

Спрайтам иногда примерно на 1 миллисекунду предшествует ореол спрайта , область слабых переходных оптических излучений в форме блина, примерно 50 километров (31 миль) в поперечнике и 10 километров (6,2 мили) толщиной. Ореол сосредоточен на высоте примерно 70 километров (43 миль) 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 ЭЛЬФОВ из-за их визуального сходства и непродолжительности. [14] [15] [16]

Исследования, проведенные в Стэнфордском университете в 2000 году, показывают, 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, проведенные в 2004 году учеными из Университета Тохоку, показали, что очень низкочастотное излучение происходит одновременно со спрайтом, что указывает на то, что разряд внутри облака может генерировать спрайты. [17]

Связанные повреждения самолетов [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Молния в верхних слоях атмосферы (включая Blue Jets)
  • Аврора (астрономия)
  • Кататумбо молния
  • Визуальные явления космических лучей

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Роджер, CJ (1999). «Красные духи, восходящие молнии и возмущения СНЧ» . Обзоры геофизики . 37 (3): 317–336. DOI : 10.1029 / 2001JA000283 .
  2. ↑ Тойнби, Генри (14 января 1886 г.). «Метеорологические явления (письмо)» . Природа . 33 (846): 245. DOI : 10.1038 / 033245d0 . S2CID 4128139 . 
  3. ^ Франц, RC; Немзек, Р.Дж.; Винклер, младший (1990). «Телевизионное изображение большого восходящего электрического разряда над грозовой системой». Наука . 249 (4964): 48–51. DOI : 10.1126 / science.249.4964.48 . PMID 17787625 . S2CID 9343018 .  
  4. ^ a b c Sentman, DD; Уэскотт, EM; Осборн, ДЛ; Хэмптон, DL; Хевнер, MJ (1995). «Предварительные результаты авиационной кампании Sprites94: 1. Красные спрайты». Geophys. Res. Lett . 22 (10): 1205–1208. Bibcode : 1995GeoRL..22.1205S . DOI : 10.1029 / 95GL00583 .
  5. ^ "Редкие, красочные духи молний танцуют над ураганом Мэтью" . National Geographic . 3 октября 2016 . Проверено 3 октября 2016 года .
  6. ^ «Ураган Мэтью и группа день / ночь» . Кооперативный институт метеорологических спутниковых исследований . Университет Висконсина-Мэдисона. 7 октября 2016 . Проверено 3 ноября 2016 года .
  7. ^ Кэти Берри (1994). Захватывающие цветные вспышки, записанные во время грозы. НАСА . Проверено 18 февраля 2009.
  8. ^ Дон Сэвидж и Кэти Берри (1995). Спрайты, подтвержденные штормами за пределами США, впервые. НАСА . Проверено 18 февраля 2009.
  9. ^ "Редкий атмосферный феномен, наблюдаемый из Армы" . Архивировано из оригинала на 2013-09-05 . Проверено 21 августа 2013 .
  10. ^ Boccippio, DJ; 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 : 1995Sci ... 269.1088B . DOI : 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 . DOI : 10.1029 / 2011JD016890 . 
  12. ^ Stenbaek-Nielsen, HC; McHarg, MG; Kanmae, T .; Сентман, DD (6 июня 2007 г.). «Наблюдаемые скорости излучения в головах спрайтов» . Geophys. Res. Lett . 34 (11): L11105. Bibcode : 2007GeoRL..3411105S . DOI : 10.1029 / 2007GL029881 . L11105.
  13. ^ Grønne, Джеспер. "Første danske 'red sprites' fanget fra Silkeborg". Архивировано 22 августа 2012 г. в Датском метеорологическом институте Wayback Machine , 20 августа 2012 г. Дата обращения : 20 августа 2012 г.
  14. ^ Рина Миясато, Hiroshi Fukunishi, Юкихиро Такахаши, Майкл Дж Тейлор, Ханс. К. Стенбек-Нильсен (2002). Характеристики ореолов спрайтов, вызванных молнией, и механизмы их генерации. Родная деревня Академического общества. Проверено 18 февраля 2009. [ мертвая ссылка ]
  15. ^ Кристофер Баррингтон Ли (2000). Ореолы спрайтов. Архивировано 17 сентября 2008 года в Стэнфордском университете Wayback Machine . Проверено 18 февраля 2008.
  16. ^ a b Баррингтон-Ли, С.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 . DOI : 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» . Проверено 18 февраля 2009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Red Sprites & Blue Jets" - цифровой захват видеокассеты VHS, распространенный в 1994 году Университетом Аляски в Фэрбенксе, который популяризировал эти термины
  • «Красные духи и синие струи» . Архивировано из оригинала на 2002-09-14 . Проверено 20 августа 2012 .- веб-страница Университета Аляски в Фэрбенксе
  • Наземные и воздушные наблюдения за спрайтами и джетами
  • Группа космической физики Darwin Sprites '97 , Университет Отаго
  • Спрайты, джеты, изображения и статьи в формате TLE
  • Спрайты в Европе: блог европейских авторов
  • Kanmae, T .; Стенбек-Нильсен, ХК; McHarg, MG; Хааланд, РК (2010). «Наблюдение спектров синих спрайтов на скорости 10 000 кадров в секунду» . Geophys. Res. Lett . 37 (13): L13808. Bibcode : 2010GeoRL..3713808K . DOI : 10.1029 / 2010GL043739 .
  • "Таинственный спрайт, сфотографированный астронавтом МКС: Big Pic" . Архивировано 14 июля 2012 года . Проверено 13 июля 2012 .CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  • Краткая профессиональная биография доктора Джеффа МакХарга
  • Сайт фотографии Petapixel разместил ссылку на очень редкую и очень четкую фотографию спрайта, сделанную фотографом Майком Холлингсхедом. Статья на Photographer делает редкую фотографию спрайта с северным сиянием
  • На краю космоса - программа NOVA , исследующая феномен спрайтов.
  • Красные духи над Адриатическим морем: вид из Чехии (14 января 2019 г.)