Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Представление верхних атмосферных явлений молний и электрических разрядов
Изображение, полученное зондом НАСА Juno, получило изображение TLE на Юпитере . [1]

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 молния в верхних слоях атмосферы представляет собой электрически индуцированную форму 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.

Кратковременные световые явления также наблюдались на изображениях верхних слоев атмосферы Юпитера в далеком ультрафиолетовом диапазоне , высоко над высотой водяных облаков, производящих молнии. [1] [2]

Характеристики [ править ]

Спрайты в летнюю ночь в обсерватории Ла Силья . [3]

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». Другие типы TLE включают ореол спрайтов, призраков, 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 рассматривается как множественное. TLE - это вторичные явления, которые происходят в верхних слоях атмосферы в связи с нижележащими слоями атмосферы.гроза молния . [4]

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 шаттл STS-34 проводил эксперимент по наблюдению мезомасштабных молний. 21 октября 1989 г. TLE'ы были записаны во время орбиты шаттла 44 и 45. TLE были захвачены различными оптическими записями.систем, при этом общее количество недавних зарегистрированных событий (начало 2009 г.) оценивается в многие десятки тысяч. По данным спутниковых наблюдений ( FORMOSAT-2 ) глобальная частота возникновения TLE оценивается в несколько миллионов событий в год.

История [ править ]

В 1920-х годах шотландский физик К.Т.Р. Уилсон предсказал, что электрический пробой должен происходить в атмосфере над сильными грозами. [5] [6] 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 оптические сигнатуры этих событий были названы «спрайтами». исследователям, чтобы избежать непреднамеренного наложения физических свойств, которые в то время еще были 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 [ править ]

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 весьма разнообразный диапазон визуальных форм. Они вызываются разрядами положительной молнии между грозовой тучей и землей. [7] явлений были названы после озорных спрайтов , например, Шекспир Ариэль или шайба , [8] , а также является аббревиатура S tratospheric / мезосферами P erturbations R esulting от I ntense T hunderstormE lectrification. [9] 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, находящимися на высоте от 50 до 90 километров (56 миль) над поверхностью Земли . Спрайты наблюдались тысячи раз. [10] Спрайты несут ответственность за необъяснимые аварии с участием высотных транспортных средств над грозами. [11]

Спрайты над Римом, вид с Антиба - Франция

Самолеты [ править ]

Хотя струи считаются одним из видов 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 не связаны электрически с тропосферной молнией, несмотря на то, что они запускаются ею. Два основных типа самолетов - синие и гигантские . Считается, что синие стартеры являются более слабой формой синих струй.

Синие самолеты [ править ]

Голубая струя, вид с вершины Мауна-Кеа , Гавайи.

Считается, что синие струи инициируются как «нормальные» грозовые разряды 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. [12] Они также ярче спрайтов и, как следует из их названия, имеют синий цвет. Считается, что этот цвет обусловлен набором синего и ближнего ультрафиолетовоголинии излучения нейтрального и ионизированного молекулярного азота . Впервые они были записаны 21 октября 1989 года на монохромном видео грозы на горизонте, сделанном с космического челнока, проходящего над Австралией . Синие джеты 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. [13] Совсем недавно источник и формирование синих струй наблюдали с Международной космической станции . [14]

Синие стартеры [ править ]

Голубые стартеры были обнаружены на видео во время ночного исследовательского полета вокруг гроз [15] и, по-видимому, являются «восходящим световым явлением, тесно связанным с синими струями». [16] Они кажутся короче и ярче синих джетов, достигая высоты всего до 20 км. [17] «Синие стартеры выглядят как синие струи, которые никогда этого не делают», - говорит доктор Виктор Пасько, доцент электротехники. [18]

Гигантские самолеты [ править ]

Гигантский самолет в Оро-Верде, Аргентина , 2 февраля 2014 г.

Если предполагается, что синие струи 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 самолеты достигают больших высот, чем синие, а верхняя часть самолета меняет цвет с синего на красный.

Наблюдения [ править ]

14 сентября 2001 года ученые из обсерватории Аресибо сфотографировали гигантскую струю - вдвое превышающую высоту наблюдавшихся ранее - достигающую около 70 км (45 миль) в атмосферу. [19] Джет находился над грозой над океаном и продержался менее секунды. Первоначально наблюдалось, что реактивный самолет движется вверх 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 в час; 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 . [20] [21] 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 в 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 ) ». [22]

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 . [ необходима цитата ]

13 августа 2016 года фотограф Фебе Пан сделал четкую широкоугольную фотографию гигантского джета на широкоугольный объектив во время съемки метеоров Персеид на вершине пика Ши Кенг Конг в провинции Гуандун [23], а Ли Хуалонг запечатлел тот же самый джет из более отдаленное место в Цзяхэ, Хунань, Китай. [24]

28 марта 2017 года фотограф Джефф Майлз запечатлел четыре гигантских самолета над Австралией. [25]

16 октября 2019 года пилот Крис Холмс снял в высоком разрешении видео гигантского реактивного самолета с высоты 35000 футов над Мексиканским заливом недалеко от полуострова Юкатан. [26] С расстояния 35 миль видео Холмса показывает, как синяя лента поднимается от вершины грозы до ионосферы, становясь красной наверху. Только после этого блестящий лидер белой молнии медленно ползет с вершины облака, достигая примерно 10% высоты гигантской струи перед тем, как исчезнуть.

ЭЛЬФЫ [ править ]

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 . [27] Они происходят в ионосфере на высоте 100 км (62 миль) над землей во время гроз . Некоторое время их цвет был загадкой, но теперь считается, что это красный оттенок. Эльфы были впервые записаны на другой миссии шаттла, на этот раз записанный от Французской Гвианы 7 октября 1990 года [16] Этот ELVES был обнаружен на видео с шаттла командой Мезомасштабного эксперимента с молнией (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. [28] 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 [ править ]

Тролли [ править ]

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. [29] [30]

Pixies [ править ]

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 белого свечения на вершине грозы наблюдалась в течение 20-минутного периода, продолжительностью в среднем 16 миллисекунд каждое. Позже их назвали пикси. Они меньше 100 метров в поперечнике. Они не имеют отношения к молнии. [29]

Призраки [ править ]

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. [31] Впервые их заметил в 2019 году профессиональный охотник за штормами Пекос Хэнк . [32] Никаких научных журналов по этим явлениям пока не существует из-за их недавнего открытия, но они наблюдались в видеозаписи. Наблюдатели выдвинули гипотезу о том, что их зеленое свечение исходит от возбужденных атомов кислорода, как и то, как полярные сияния выглядят зелеными, однако это не подтверждено.

Гномы [ править ]

Гномы - это небольшие короткие лучи света, которые указывают вверх от вершины наковальни грозового облака, вызванные тем, что сильные восходящие потоки выталкивают влажный воздух над наковальней. Они длятся всего несколько микросекунд. [29] Их ширина составляет около 200 метров, а высота - максимум 1 километр. Их цвет неизвестен, так как они наблюдались только на черно-белых кадрах. [33]

См. Также [ править ]

  • Аврора
  • Теплая молния
  • Шумановские резонансы
  • Спрайт (молния)
  • Огонь Святого Эльма
  • Стив (атмосферное явление)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Giles, Rohini S .; Грейтхаус, Томас К .; Бонфонд, Бертран; Гладстон, Дж. Рэндалл; Каммер, Джошуа А .; Хюэ, Винсент; Гродент, Денис Ц .; Жерар, Жан-Клод; Versteeg, Maarten H .; Вонг, Майкл Х .; Болтон, Скотт Дж. (2020-10-26). «Возможные переходные световые явления, наблюдаемые в верхних слоях атмосферы Юпитера». arXiv : 2010.13740 [ astro-ph.EP ].
  2. ^ «Юнона обнаруживает спрайтов и эльфов на Юпитере» . Небо и телескоп . 2020-10-28 . Проверено 29 октября 2020 .
  3. ^ "Летняя ночь приносит духи" . Проверено 24 июня 2015 .
  4. ^ https://www.sciencenews.org/article/space-station-detectors-found-source-weird-blue-jet-lightning
  5. ^ CTR Wilson (1924) «Электрическое поле грозовой тучи и некоторые из ее эффектов», Труды Лондонского физического общества , 37 (1): 32D-37D. Доступно в Интернете по адресу: University of São Paulo .
  6. ↑ Эрл Р. Уильямс (ноябрь 2001 г.) «Спрайты, эльфы и тлеющие газоразрядные трубки», Physics Today , 54 (11): 41–47. Доступно в Интернете по адресу: Physics Today. Архивировано 27 мая 2012 г., на Archive.today .
  7. ^ 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 .  
  8. ↑ Со страницы 128 из: Джон Фридман, Из ниоткуда: История молний (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Random House, Inc., 2008):
    «Доктор Дэвис Сентман из Университета Аляски, один из немногих ученых изучая эти светящиеся, похожие на призраки явления [то есть спрайты], назвал жуткие вспышки разноцветных огней в честь озорных духов воздуха Шекспира - Ариэль из «Бури» и Пак из «Сон в летнюю ночь».
  9. ^ "Спрайты и эльфы в атмосфере | Университет штата Пенсильвания" .
  10. ^ Уолтер А. Лайонс и Миши Д. Шмидт (2003). P1.39 Открытие красных спрайтов как возможность для неформального научного образования. Американское метеорологическое общество . Проверено 18 февраля, 2009.
  11. ^ STRATOCAT - История и современность стратосферных шаров. «Полный отчет о неконтролируемом свободном падении стратосферного воздушного шара, спровоцированного Спрайтом» .
  12. ^ Фрактальные модели синих джетов, синие стартеры показывают сходство, отличия от красных спрайтов
  13. ^ 'Red Sprites & Blue Jets - видео' [1] , 'Blue Jets & Blue Starters - видео' [2] .
  14. ^ https://www.sciencenews.org/article/space-station-detectors-found-source-weird-blue-jet-lightning
  15. ^ Примеры можно увидеть в клипе «Blue Jets & Blue Starters - видео» [3] .
  16. ^ a b Boeck, WL; и другие. (Май 1998 г.). «Роль видеозаписей космического шаттла в открытии спрайтов, самолетов и эльфов» . Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 60 (7–9): 669–677. Bibcode : 1998JASTP..60..669B . DOI : 10.1016 / S1364-6826 (98) 00025-X .
  17. ↑ Blue jets. Архивировано 11 мая 2008 г., в Wayback Machine.
  18. ^ Фрактальные модели синих струй, синие стартеры показывают сходство, отличия от красных спрайтов
  19. ^ Пасько, Виктор П .; Стэнли, Марк А .; Мэтьюз, Джон Д .; Inan, Umran S .; Вуд, Трой Г. (2002). «Электрический разряд от вершины грозового облака в нижнюю ионосферу». Природа . 416 (6877): 152–154. Bibcode : 2002Natur.416..152P . DOI : 10.1038 / 416152a . PMID 11894087 . S2CID 1933570 .  
  20. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 2007-07-02 . Проверено 21 апреля 2007 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  21. ^ Гигантские самолеты запечатлены на камеру
  22. ^ Ян, Цзин; Фэн, Гуйли (2012). "Китайский научный бюллетень 2012, том 57 DOI: 10.1007 / s11434-012-5486-3" . Китайский научный бюллетень . 57 (36): 4791. Полномочный код : 2012ЧСБУ..57.4791Y . DOI : 10.1007 / s11434-012-5486-3 .
  23. ^ "Машина времени Spaceweather.com" . spaceweather.com . Проверено 16 августа 2016 .
  24. ^ "Спрайты молнии" .
  25. ^ "Гигантские самолеты над Австралией" .
  26. ↑ Филлипс, Т. (25 октября 2019 г.). Близкое знакомство с гигантским самолетом. Получено с https://spaceweatherarchive.com/2019/10/25/close-encounter-with-a-gigantic-jet/
  27. ^ ELVES, учебник для начинающих: Нагревание ионосферы электромагнитными импульсами от молнии
  28. ^ Свободный словарь - ЭЛЬФЫ
  29. ^ a b c B. A., Науки о Земле. «Как изучаются спрайты» . ThoughtCo . Проверено 10 июля 2020 .
  30. ^ "Атмосферные явления" . castle-kaneloon.tripod.com . Проверено 10 июля 2020 .
  31. ^ Филлипс, доктор Тони (2020-05-31). «Представляем, Зеленый Призрак» . Spaceweather.com . Проверено 10 июля 2020 .
  32. ^ Шима, Хэнк (2019-05-25). «Объяснение красных спрайтов и синих струй - Новое открытие!» . YouTube .
  33. ^ Лайонс, Уолтер; Нельсон, Томас; Армстронг, Рассел; Пасько, Виктор; Стэнли, Марк (2002-11-19). «НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ ОТ ГРОЗОВЫХ ВЕРШИН» (PDF) .

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница кампании Eurosprite, входящей в состав исследовательской группы CAL (Coupled Atmospheric Layers)
  • 2 марта 1999 г., Университет Хьюстона: Физики UH преследуют загадки, подобные молнии. Цитата: «... Красные духи и синие струи - короткие, но мощные вспышки, подобные молнии, которые появляются на высоте 40–100 км (25–60 миль). выше грозы ... "
    • Наземные и воздушные наблюдения за спрайтами и джетами
  • Баррингтон-Ли, К.П., " ЭЛЬФЫ  : Нагревание ионосферы электромагнитными импульсами молнии (праймер) ". Лаборатория космических исследований, Беркли.
  • « Спрайты Дарвина '97 ». Группа космической физики Университета Отаго.
  • Гиббс, У. Уэйт, « Спрайты и ЭЛЬФЫ: странные кузены Молнии мерцают быстрее, чем сам свет ». Сан-Франциско. ScientificAmerican.com.
  • Баррингтон-Ли, Кристофер, " Исследования СНЧ на станции Палмер ".
  • Спрайты, джеты, изображения и статьи в формате TLE
  • Высокоскоростное видео (10000 кадров / с), снятое Хансом Стенбеком-Нильсеном, Университет Аляски
  • Видео раскрывает секреты молний "Sprite" , статья Livescience, 2007.
    • Видео доказательства
  • Астрономический снимок НАСА: гигантские джеты над Оклахомой (29 августа 2007 г.) Фотографии и видео двух отдельных гигантских джетов над Оклахомой
  • Гигантские струи между грозовой тучей и ионосферой.
  • Огромные таинственные вспышки во внешней атмосфере
  • Галерея Спрайтов
  • http://webarchive.loc.gov/all/20020914103454/http://elf.gi.alaska.edu/
  • Бесконечный короткометражный фильм, вдохновленный спрайтом
  • Облачные вспышки | ZT Research