99.99%的人都沒見過的閃電——紅色精靈

紅色精靈(Red Sprites),又稱紅閃或精靈閃電(Sprite (lightning))。

獲得諾貝爾獎的蘇格蘭物理學家查爾斯·威爾遜曾經在1925年提出:從理論上來說,在大面積雷暴的氣象條件下,高層大氣中可能也會發生放電現象。自1886年以來一直有零星的目擊報告被當成奇聞軼事而有所記錄,從第一次世界大戰開始後的幾十年間,一些飛行員報告觀察到了奇異的閃光,但通常被認為是他們的幻覺、甚至是恐懼造成的。這些高空放電現象被忽略了一百多年,因為當時認為強烈的大氣放電活動只能發生在對流層,而平流層和中間層大氣都是電平靜的。

直到1989年,明尼蘇達大學在為即將進行的火箭發射測試微光攝像機時,意外的發現拍攝到了兩條明亮的光柱,這個發生在250公里之外雷雨雲上空的巨大放電圖像就這樣機緣巧合的被捕捉到了,成為中層大氣放電現象存在的第一個事實證據。在之後的幾年中根據其發光顏色和捉摸不定的特點被命名為“Red Sprites”,這個意外的發現徹底改變了對流層電活動與中層大氣光學現象相互作用的認識,引起了高層大氣物理學研究的廣泛重視和濃厚的興趣,但目前還沒有建立起能夠很好的解釋這種現象的完備理論。

由於地面觀測受到距離、視野和光度等因素的限制,1994年美國阿拉斯加大學採用兩架在萬米高空相距10~75公里的飛機對Sprite進行交叉觀測,通過高速微光攝像機和圖像增強器在雷雨雲上方首次獲得了彩色圖像。

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這個巨大的發光空間佔用了超過1萬立方公里的大氣,其最上方的光暈分佈在88~95公里的高度,中間的紅色發光體分佈在66~74公里,下方的卷鬚分佈在40~60公里,上部是紅色、向下轉為紫色最後變成藍色。多年以來,從地面觀測站、飛機、空間站上已經獲得了成千上萬幅圖像。下面兩張圖片是2015年在國際空間站上拍攝到的,在雷暴活動產生的白色閃光映照下,紅色精靈的成像非常清晰。

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在地面拍攝到的圖像

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智力ESO天文臺拍攝的,圖像是21分鐘時長內的二次構圖

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下面的圖片非常神奇,一位攝影師本來是打算拍一些閃電的圖像,沒想到竟然捕捉到了6次紅色精靈。

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紅色精靈呈現出巨大而微弱的閃光、被認為是一種正極性流光,它們的亮度相當於中等亮度的極光,但持續時間很短只有幾毫秒或幾十至上百毫秒;精靈多是由雷雨雲中的正電荷對地放電時的正地閃激發於約70公里的高空、然後以大約每秒1萬公里的速度快速向下發展而形成,正地閃只佔全部地閃的10%,雲間和雲內閃電又佔了絕大部分,所以紅色精靈發生的概率比較小、隨機性很強。精靈的大小和形狀變化很大,但多以柱狀和帶有卷鬚的胡蘿蔔狀為主,水母狀精靈非常大(差不多有48公里方圓),精靈在高度上通常會跨越50~90公里的範圍。


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