Sprites: lampo atmosferico superiore

I temporali riempiono il cielo di lucisopra così come sotto le nuvole. Da 1990 c'è stata un'esplosione di interesse per questi bagliori e bagliori nel cielo alto. Hanno nomi stravaganti come sprite, elfi, gnomi e altro.

Questi eventi luminosi transitori o TLE sono simili ai fulmini. Proprio come la terra solida conduce elettricità e attira i fulmini, così fa la ionosfera, lo strato sopra la stratosfera. Un grande lampo lancia un impulso elettromagnetico in aumento (EMP) che eccita l'aria sottile fino a quando non emette luce.

Il TLE più comune è lo sprite, un lampo di luce rossa direttamente sopra grande temporali. Gli sprite si verificano una frazione di secondo dopo forti fulmini, che si innalzano verso l'alto fino a un'altitudine di quasi 100 chilometri. David Sentman dell'Università dell'Alaska a Fairbanks li ha nominati sprite come un modo per parlarne senza presupporre la loro causa e meccanismo.

Gli sprite sono abbondanti nel Midwest americano, dove i grandi temporali sono comuni, ma sono segnalati in molti altri luoghi. La home page di Sprite Watchers offre consigli su come cercarli.

Gli sprite in dettaglio sono fasci di viticci luminosi che si estendono verso l'esterno sopra e sotto una sfera centrale luminosa. Quelli semplici sono chiamati sprite di carota. Grappoli di sprite di grandi dimensioni possono assomigliare a meduse o angeli. A volte compaiono gruppi di folletti "danzanti". Una galleria di sprite pubblicata in Fisica oggi dà una buona immagine di queste creature lampeggianti.

I getti blu sono coni di luce blu fioca che iniziano a circa 15 km di altitudine e salgono a circa 45 km come un rapido soffio di fumo. Sono piuttosto rari. Possono essere associati a forti grandinate nelle nuvole sotto di loro.

I getti blu sono difficili da studiare da terra, essendo ad altitudini inferiori rispetto agli sprite. Inoltre, la luce blu non viaggia attraverso l'aria così come il rosso e le telecamere ad alta velocità sono meno sensibili al blu. I jet blu sono meglio studiati dagli aerei, ma quei voli sono costosi. Quindi dobbiamo aspettare per saperne di più sui getti blu.

Antipasti blu sono rari lampi a bassa quota e punti che non si trasformano in getti blu. Avvistato per la prima volta nel 1994 e descritto l'anno successivo, gli antipasti potrebbero essere collegati alle stesse condizioni che innescano i getti blu.

Gli elfi sono dischi estremamente brevi di luce fioca (ed emissioni radio a frequenza molto bassa) che compaiono a circa 100 km. A volte compaiono con gli sprite, ma di solito no. Gli elfi furono predetti prima di essere osservati per la prima volta nel 1994. Il nome sta per "Emissioni di luce e VLF da fonti EMP".

Aureole Sprite sono dischi di luce, come gli elfi, ma sono più piccoli e più bassi, a partire da circa 85 km e scendendo a 70 km. Durano circa un millisecondo e sono seguiti da sprite, che sembrano crescere proprio dai loro dischi. Si ritiene che le aloni di sprite siano una fase iniziale degli sprite.

I troll (per il lignaggio luminoso ottico rosso transitorio) si verificano dopo uno sprite particolarmente forte, verso il basso nei viticci più bassi vicino alle cime delle nuvole. Le prime registrazioni li hanno mostrati come punti rossi con deboli code rosse, che si alzano in modo simile ai getti blu. Le telecamere più veloci mostrano che i troll sono una rapida serie di eventi. Ogni evento inizia con un bagliore rosso che si forma in un viticcio di sprite, quindi "drena" verso il basso. Ogni evento successivo inizia più in alto, in modo che la serie appaia come una sfocatura verso l'alto nei video più lenti. Questo è uno schema tipico nella scienza: guardare la stessa cosa vecchia con strumenti migliori rivela sempre qualcosa di nuovo e inaspettato.

Gnomi sono piccole, molto brevi punte bianche di luce che puntano verso l'alto dalla cima di una grande nuvola temporalesca parte superiore dell'incudine, in particolare la "cupola overshoot" causata da forti aggiornamenti che spingono l'aria umida in aumento leggermente sopra il incudine. Appaiono larghi circa 150 metri e alti circa un chilometro e durano pochi microsecondi.

Pixies sono così piccoli da apparire come punti, rendendoli di larghezza inferiore a 100 m. Nel video che li ha documentati per la prima volta, appaiono sparsi sulla cupola di overshoot, apparentemente a caso. I folletti e gli gnomi sembrano essere di un colore bianco puro, come un normale lampo, e non accompagnano i fulmini.

Questi eventi sono stati inizialmente descritti come "un ibrido di jet blu e sprite. La parte superiore ricorda uno sprite mentre la metà inferiore è a forma di getto. Questi eventi si estendono visivamente dal basso atmosfera alla ionosfera a strato E a 100 km. La durata luminosa di questi eventi è compresa tra 200 e 400 ms, che è molto più lunga di quella degli sprite tipici ".

PS: I TLE sono un ulteriore indizio del comportamento dell'atmosfera superiore e del suo ruolo nel circuito elettrico globale. Un recente numero della Newsletter sull'elettricità atmosferica presenta una gamma incredibile di ricerche in questo settore. Lo stato del circuito globale, ad esempio, è un modo promettente per monitorare il riscaldamento globale.

Lo studio delle luci nell'atmosfera superiore spinge le capacità della scienza, in particolare i video ad alta velocità. Ci vuole anche fortuna e amici in luoghi alti, come osservatori in cima alla montagna.

Per vedere gli sprite sono necessari siti di visualizzazione speciali, poiché si nascondono sempre al di sopra dei temporali. Alla Yucca Ridge Field Station, gestita da FMA Research nel nord del Colorado, gli osservatori di sprite possono vedere i fulmini tempeste 1.000 chilometri di distanza sulle Grandi Pianure. Un osservatorio simile si trova nella catena dei Pirenei nel sud della Francia. Altri ricercatori portano gli aerei da tempesta nei turbolenti cieli notturni per catturare i lampi sfuggenti.

L'altra grande piattaforma di osservazione è in orbita. Importanti ricerche sono state condotte dallo Space Shuttle, incluso il fatidico volo della Columbia che si è schiantato durante il rientro nel 2003. E il secondo satellite di Taiwan, lanciato nel 2004, è dedicato a questo campo.

La caccia agli sprite e ai loro fratelli è dipesa anche da pause fortunate. Gli sprite furono registrati per la prima volta nel 1989 quando alcuni scienziati dell'Università del Minnesota, in attesa di filmare un lancio di razzi, puntarono la fotocamera verso un temporale lontano. Uno di loro ha controllato il cablaggio e ha fissato un cavo allentato. Pochi minuti dopo il nastro ha catturato un lampo così breve da occupare solo due fotogrammi. Quei due fotogrammi di video hanno lanciato una nuova branca della scienza della Terra.

Il 22 luglio 2000, Walter Lyons era a Yucca Ridge a girare il video di un enorme complesso di tempeste "mesoscale" quando un temporale isolato "supercellula" più piccolo si spostò verso nord, bloccando la vista. I supercar - i tipici temporali cumulonembi a forma di incudine - non producono sprite, ma Lyons ha lasciato girare le telecamere. Con sua sorpresa, le registrazioni mostrarono due nuovi tipi di luci nella parte superiore della supercella: gnomi e folletti.

Lyons è ancora alla ricerca di nuove luci. La letteratura scientifica ha descrizioni oculari di luci in alta atmosfera risalenti a più di un secolo fa. La maggior parte corrisponde a sprite e getti blu. Ma una manciata allettante descrive strisce bianche brillanti che si alzano dritte e non ramificate dalle cime dei temporali. Alcune foto danno l'ulteriore dettaglio che le cime di queste luci diventano blu.

Un giorno li cattureremo su nastro, analizzeremo i loro spettri e daremo loro un nome. Come sprite, elfi e troll, sono sempre stati qui, ma non abbiamo mai avuto occhi con cui vederli.

Le riunioni annuali di dicembre dell'American Geophysical Union sono state riunioni della fitta comunità di sprite dal 1994. Alla sessione del 2001, il gruppo presente ha fatto una pausa per ricordare il loro defunto amico e mentore John Winckler (1917–2001), il geofisico e collezionista di strani racconti di fulmini che puntarono la fotocamera verso quel Minnesota temporale nel 1989. Allo stesso tempo, i colloqui di un gruppo europeo-africano e una squadra di caccia allo sprite di Taiwan sono stati la prova della crescita del campo.

Ogni anno porta progressi nello studio degli sprite e dei loro parenti. Al volgere del millennio questo è ciò che stavamo imparando:

• David Sentman, l'uomo che ha dato il nome agli sprite, ha documentato le onde di gravità nell'alta atmosfera causata dagli sprite. In effetti, gli sprite "spruzzano" energia nella ionosfera come un nuotatore che si riversa in una piscina. Si uniscono così meteore, eruzioni, temporali e terremoti come cause delle onde di gravità ionosferiche.
• La campagna STEPS 2000 ha registrato folletti mentre altri osservatori rilevavano segnali infrasuoni distintivi: chiamerei questi "fulmini dello sprite". Walter Lyons ha preparato un documento PDF sull'argomento.
• I primi sprite sono stati osservati in Brasile, un grande parco giochi di temporali, usando palloncini e aerei strumentati.
• Il gruppo di sprite della Tohoku University (apparentemente defunto nel 2009) ha cercato sprite in inverno, monitorando le tempeste di mare freddo nell'oceano vicino al Giappone. Questa impostazione meteorologica è abbastanza diversa dalle Grandi Pianure del Nord America, ma anche gli sprite appaiono lì.
• E un gruppo della National Cheng Kung University di Taiwan osserva sulla Cina continentale e sul Pacifico. Furono quelli che scoprirono giganteschi getti blu.

Cerco di tenere sotto controllo questo campo ogni anno e ho riportato nuovi risultati dalle sessioni del 2003 e del 2004. C'è anche altro da vedere nel sprites categoria.

PS: Questa ricerca atmosferica è anche legata allo studio in corso sul fulmine ordinario. Le nuove reti stanno osservando i fulmini in dettagli meravigliosi, producendo dati che possono fornire informazioni sulle forze che causano gli sprite. Per chiunque abbia mai visto un lampo di calore nascosto nelle nuvole alte, le immagini che ne risultano sono uno scorcio magico di qualcosa mai visto prima.