Верхние атмосферные молнии - Upper-atmospheric lightning

Представление верхних атмосферных молний и электрических разрядов
Обнаружение изображения TLE на Юпитер НАСА Юнона зонд.[1]

Верхние атмосферные молнии или же ионосферная молния - это термины, которые иногда используются исследователями для обозначения семейства короткоживущих явлений электрического пробоя, которые происходят значительно выше нормальных высот. молния и грозовые тучи. Считается, что молния в верхних слоях атмосферы представляет собой электрически индуцированные формы светового излучения. плазма. Предпочтительное использование кратковременное световое событие (TLE), потому что различным типам явлений электрического разряда в верхних слоях атмосферы не хватает некоторых характеристик более известных тропосферных молний.

Кратковременные световые явления также наблюдались в дальний ультрафиолет изображения Верхние слои атмосферы Юпитера, высоко над высота водяных облаков, производящих молнии.[1][2]

Характеристики

Спрайты летней ночи на Обсерватория Ла Силья.[3]

Существует несколько типов TLE, наиболее распространенным из которых является спрайты. Спрайты - это вспышки яркого красного света, возникающие над буря системы. 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 ореолы спрайтов, призраки, синие самолеты, гигантские самолеты, пикси, гномы, тролли, синие стартеры и эльфы. Акроним ELVES («Излучение света и Очень низкая частота возмущения из-за Электромагнитный импульс Источники ») относится к единственному событию, которое обычно считается множественным. TLE - это вторичные явления, которые происходят в верхних слоях атмосферы в связи с нижележащими слоями атмосферы. гроза молния.

Срок действия TLE обычно составляет менее миллисекунда до более 2 секунд. Первая видеозапись TLE была сделана случайно 6 июля 1989 года, когда исследователь Р. К. Франц оставил работающую камеру 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 зафиксированы во время орбиты шаттлов 44 и 45. TLE были захвачены различными оптическая запись систем, при этом общее количество недавних зарегистрированных событий (начало 2009 г.) оценивается в многие десятки тысяч. Глобальная частота появления TLE была оценена со спутника (FORMOSAT-2 ) наблюдений составит несколько миллионов событий в год.

История

В 1920-х годах шотландский физик C.T.R. Уилсон предсказал, что электрический пробой должен произойти в атмосфере над сильными грозами.[4][5] В последующие десятилетия пилоты самолетов сообщали о высотных электрических разрядах и не учитывали их. 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 намека на физические свойства, которые в то время еще были неизвестны. Условия красные спрайты и синие струи приобрела популярность после того, как в 1994 году был распространен видеоклип после кампании по изучению спрайтов самолета.

Спрайты

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

Спрайты масштабны электрические разряды которые происходят высоко над гроза облако, или кучево-дождевые облака, давая начало довольно разнообразному диапазону визуальных форм. Они вызваны разрядами положительная молния между грозовой тучей и землей.[6] Явления были названы в честь озорных спрайт, например, шекспировские Ариэль или же Шайба,[7] а также является аббревиатурой от Sтратосферный / мезосферный пволнения рв результате яntense Тгроза Eлектрификация.[8] Обычно они окрашены в красновато-оранжевый или зеленовато-синий цвет, с висящими 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 уровнем моря. земной шар поверхность. Спрайты наблюдались тысячи раз.[9] Спрайты несут ответственность за необъяснимые аварии с участием высотных транспортных средств над грозами.[10].

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 не связаны электрически с тропосферной молнией, несмотря на то, что они запускаются ею. Два основных типа форсунок: синие струи и гигантские самолеты. Синие стартеры считаются более слабой формой синих струй.

Синие струи

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

Синие струи Считается, что они инициируются как «нормальные» разряды молнии между верхней областью положительного заряда в грозовом облаке и отрицательным «экранирующим слоем», находящимся над этой областью заряда. Положительный конец лидер Сеть заполняет область отрицательного заряда до того, как отрицательный конец заполняет область положительного заряда, а положительный лидер впоследствии выходит из облака и распространяется вверх. Ранее считалось, что синие струи не имеют прямого отношения к вспышкам молний, ​​и что наличие град так или иначе привело к их возникновению.[11] Они также ярче, чем спрайты, и, как следует из их названия, имеют синий цвет. Считается, что этот цвет связан с набором синего и почтиультрафиолетовый линии излучения нейтральных и ионизированных молекулярных азот. Впервые они были записаны 21 октября 1989 г. монохромный видео грозы на горизонте, снятое с Космический шатл когда это прошло Австралия. 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.[12]

Синие стартеры

Синие стартеры были обнаружены на видео во время ночного исследовательского полета вокруг гроз[13] и, по-видимому, является «восходящим световым явлением, тесно связанным с голубыми струями».[14] Они кажутся короче и ярче синих струй, достигая высоты всего до 20 км.[15] «Синие стартеры выглядят как синие форсунки, которые никогда этого не делают», - считает доктор Виктор П. Пасько, доцент электротехники.[16]

Гигантские самолеты

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

Предполагается, что синие струи образуются между верхней областью положительного заряда и отрицательным экранирующим слоем непосредственно над этой областью, гигантские самолеты по-видимому, возникают между областями верхнего положительного и нижнего отрицательного заряда в грозовой туче. 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

14 сентября 2001 г. ученые из Обсерватория Аресибо сфотографировал гигантский джет - вдвое превышающий высоту наблюдавшихся ранее - достигающий около 70 км (45 миль) в атмосфере.[17] Джет находился над грозой над океаном и продержался менее секунды. Первоначально было замечено, 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 / ч; 580 000–970 000 км). / ч), но затем разделился на две части и ускорился вверх со скоростью не менее 2000000 м / с (4500000 миль / ч; 7 200000 км / ч) к ионосфера где он затем распространился яркой вспышкой света.

22 июля 2002 г. пять гигантских самолетов длиной от 60 до 70 километров (35-45 миль) были замечены над Южно-Китайское море из Тайвань, сообщается в Природа.[18][19] Струи длились меньше секунды, а формы исследователи сравнили с гигантскими деревьями и морковью.

10 ноября 2012 г. Китайский научный бюллетень сообщил о гигантском джете, наблюдаемом над грозой на материке. Китай 12 августа 2010 г. "событие GJ, которое было четко зафиксировано в восточной части Китая (центр шторма расположен на 35,6 ° с.ш., 119,8 ° в.д., недалеко от Хуанхайское море )".[20]

2 февраля 2014 г. обсерватория Оро-Верде г. Аргентина сообщили о десяти или более случаях гигантских джетов, наблюдавшихся во время грозы в Entre Ríos юг. Очаг шторма находился на 33 ° ю.ш., 60 ° з.д., недалеко от г. Росарио.[нужна цитата ]

13 августа 2016 года фотограф Фиби Пан во время съемки сделала четкую широкоугольную фотографию гигантской струи на широкоугольный объектив. Метеоры Персеиды на вершине пика Ши Кенг Конга в Провинция Гуандонг [21] и Ли Хуалун захватили тот же самолет из более отдаленного места в Цзяхэ, провинция Хунань, Китай.[22]

28 марта 2017 года фотограф Джефф Майлз запечатлел четыре гигантских самолета над Австралией.[23]

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.[24] На видео Холмса с расстояния 35 миль видно, как синяя лента поднимается от вершины грозы к ионосфере, 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

ЭЛЬФЫ (Излучение света и Очень низкая частота возмущения из-за Электромагнитный импульс Источники) часто выглядят как тусклое, сплющенное, расширяющееся свечение диаметром около 400 км (250 миль), которое длится, как правило, всего один раз. миллисекунда.[25] Они происходят в ионосфера 100 км (62 миль) выше земли над грозы. Некоторое время их цвет был загадкой, но теперь считается, что это красный оттенок. ЭЛЬФЫ были впервые зарегистрированы во время другой миссии шаттла, на этот раз записаны Французская Гвиана 7 октября 1990 г.[14] ЭЛЬФЫ были обнаружены на видео с шаттла командой экспериментов по мезомасштабным молниям (MLE) в Центр космических полетов Маршалла, AL во главе с главным исследователем, Ота Х. «Скит» Воган-младший.

ELVES - причудливая акроним за Eмиссии Lправо и Vочень низкая частота Возмущения из-за Eлектромагнитный импульс Sнаши.[26] Это относится к процессу, посредством которого генерируется свет; возбуждение азот молекулы из-за электрон столкновений (электроны, возможно, были возбуждены электромагнитный импульс, вызванный 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. [27] [28]

Пикси

Пикси были впервые замечены летом 2000 года в рамках программы STEPS - полевой программы, проводившейся несколькими организациями, по изучению электрических характеристик гроз на Высокие равнины. Серия необычных явлений белого свечения на вершине грозы наблюдалась в течение 20-минутного периода, длящегося в среднем 16 миллисекунд каждое. Позже они были названы пикси. Они меньше 100 метров в поперечнике. Они не имеют отношения к молнии. [29]

Призраки

Призраки (граммРен выбросы из возбужденного Оxygen в Sприте Тops) - это слабое зеленое свечение, которое появляется после красных спрайтов и гаснет за миллисекунды.[30] Впервые их заметил в 2019 году профессиональный охотник за штормами. Пекос Хэнк.[31] 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

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.[32] Их ширина составляет около 200 метров, а высота - максимум 1 км. Их цвет неизвестен, так как они наблюдались только на черно-белых кадрах.[33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б 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 кратковременные световые явления, наблюдаемые в верхних слоях атмосферы Юпитера». arXiv: 2010.13740 null.
  2. ^ «Юнона обнаруживает на Юпитере спрайтов и эльфов». Небо и телескоп. 2020-10-28. Получено 2020-10-29.
  3. ^ «Летняя ночь приносит духи». Получено 2015-06-24.
  4. ^ К. Т. Р. Уилсон (1924) «Электрическое поле грозовой тучи и некоторые ее эффекты». Труды Лондонского физического общества, 37 (1): 32Д-37Д. Доступно в Интернете по адресу: Университет Сан-Паулу.
  5. ^ Эрл Р. Уильямс (ноябрь 2001 г.) «Спрайты, эльфы и трубки тлеющего разряда». Физика сегодня, 54 (11): 41–47. Доступно в Интернете по адресу: Физика сегодня В архиве 27 мая 2012 г., в Archive.today.
  6. ^ Boccippio, D. J .; Уильямс, E. R .; Хекман, С. Дж .; Lyons, W. A .; Baker, I.T .; 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.
  7. ^ Из стр.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, изучающих эти светящиеся, призрачные явления [то есть спрайты], назвал жуткие вспышки цветных огней в честь озорных духов воздуха Шекспира - Ариэль в Буря и Пак в «Сне в летнюю ночь».
  8. ^ "Духи и эльфы в атмосфере | Университет Пенсильвании".
  9. ^ 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.
  10. ^ STRATOCAT - История и современность стратосферных шаров. "Полный отчет о неконтролируемом свободном падении полезного груза стратосферного шара, спровоцированного Спрайтом".
  11. ^ Фрактальные модели синих джетов, синие стартеры показывают сходство, отличия от красных спрайтов
  12. ^ 'Red Sprites & Blue Jets - видео'[1], "Blue Jets & Blue Starters - видео"[2].
  13. ^ Примеры можно увидеть в клипе "Blue Jets & Blue Starters - видео". [3].
  14. ^ а б Boeck, W. L .; и другие. (Май 1998 г.). «Роль видеозаписей космического шаттла в обнаружении спрайтов, самолетов и эльфов». Журнал атмосферной и солнечно-земной физики. 60 (7–9): 669–677. Bibcode:1998JASTP..60..669B. Дои:10.1016 / S1364-6826 (98) 00025-X.
  15. ^ Синие струи В архиве 11 мая 2008 г. Wayback Machine
  16. ^ Фрактальные модели синих струй, синие стартеры показывают сходство, отличия от красных спрайтов
  17. ^ 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. Дои:10.1038 / 416152a. PMID  11894087.
  18. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-07-02. Получено 2007-04-21.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  19. ^ На камеру засняли гигантские самолеты
  20. ^ Ян, Цзин; Фэн, Гуйли (2012). "Китайский научный бюллетень 2012, том 57 DOI: 10.1007 / s11434-012-5486-3". Китайский научный бюллетень. 57 (36): 4791. Bibcode:2012ЧСБУ..57.4791Л. Дои:10.1007 / s11434-012-5486-3.
  21. ^ "Машина времени Spaceweather.com". spaceweather.com. Получено 2016-08-16.
  22. ^ «Спрайты молнии».
  23. ^ «Гигантские самолеты над Австралией».
  24. ^ Филлипс, Т. (25 октября 2019 г.). Близкое знакомство с гигантским самолетом. Извлекаются из https://spaceweatherarchive.com/2019/10/25/close-encounter-with-a-gigantic-jet/
  25. ^ ELVES, праймер: Нагрев ионосферы электромагнитными импульсами молнии
  26. ^ Бесплатный словарь - ЭЛЬФЫ
  27. ^ Б.А., Науки о Земле. «Как изучаются спрайты». ThoughtCo. Получено 2020-07-10.
  28. ^ "Атмосферные явления". castle-kaneloon.tripod.com. Получено 2020-07-10.
  29. ^ Б.А., Науки о Земле. «Как изучаются спрайты». ThoughtCo. Получено 2020-07-10.
  30. ^ Филлипс, доктор Тони (2020-05-31). "Представляем, Зеленый Призрак". Spaceweather.com. Получено 2020-07-10.
  31. ^ Шима, Хэнк (25 мая 2019 г.). «Объяснение красных спрайтов и синих струй - Новое открытие!». YouTube.
  32. ^ Б.А., Науки о Земле. «Как изучаются спрайты». ThoughtCo. Получено 2020-07-10.
  33. ^ Лайонс, Уолтер; Нельсон, Томас; Армстронг, Рассел; Пасько, Виктор; Стэнли, Марк (2002-11-19). "НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ ОТ ГРОЗОВЫХ ВЕРШИН" (PDF).

внешняя ссылка