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中高层大气闪电

中高层大气闪电
高层大气放电图示

中高层大气闪电中高层大气放电指的是一系列特殊的大气放电现象,这种放电发生的地方要远比正常闪电发生处为高。不过,因为这种放电现象缺少与对流层闪电的共通性,所以它们又被称为瞬态发光现象(TLEs,Transient Luminous Events)。TLEs包括红电光闪灵,蓝色喷流,巨型喷流以及极低频率辐射。

历史

早在20世纪20年代,苏格兰物理学家查尔斯·威耳逊就曾预言过,在雷雨云之上的高层大气中也会出现放电现象。但一直到1989年7月6日,明尼苏达大学的科学家才取得直接的观察证据。几年后,这种现象被阿拉斯加大学的科学家命名为“闪灵”,以避免其他名称对当时所知不多的这种现象可能产生的误解。红电光闪灵术语“红色精灵”和“蓝色喷流”在1994年的航拍实验视频播放后才为公众所熟知。

红电光闪灵

中高层大气闪电
红电光的第一张彩色照片

红电光闪灵(Sprites)是一种发生在积雨云之上的大规模放电现象,其大小形态变化很大。这种现象是由云层与地面间的正闪电引起的。红电光闪灵通常呈红橙色,下部为卷须状,上部则有弧形枝状结构,有时其顶端还会出现淡红光晕。该现象通常成簇发生在离地面30~90公里的高空。红电光闪灵在1989年7月6日首次被明尼苏达大学的科学家拍摄下来,其后在世界各地都观察到了这种现象。红电光闪灵还被认为是很多发生在高海拔上的飞机无端故障的元凶。

喷流

蓝色喷流

中高层大气闪电
NASA拍摄的蓝色喷流

蓝色喷流Blue jets)通常呈细锥形,从积雨云的顶端一直延伸到离地面40~50公里的电离层。不像红色精灵,蓝色喷流并非直接由闪电引起(但它们似乎与雷暴中的强冰雹现象有关)。它们比红色精灵要亮。其蓝色可能是来自氮气分子的发射光谱。蓝色喷流在1989年10月21日由一艘经过澳大利亚上空的航天飞机初次观测到。蓝色喷流要比精灵稀少的多。到2007年为止,学界只有不到100张关于蓝色喷流的照片。这些照片绝大多数都是在1994年阿拉斯加大学对红色精灵的一次研究中拍摄的。

蓝色启辉器

蓝色启辉器Blue starters)首次发现在一段研究雷暴的夜间飞行记录的视频中,它被描述成“一种与蓝色喷流紧密相关的上行发光现象。”它们要比一般的蓝色喷流更亮但却更短,长度通常不足20公里。一位研究有关项目的电机工程专家维克多·P·帕斯科(Victor P. Pasko)博士描述道:“蓝色启辉器就像是没长大的蓝色喷流。”

巨型喷流

2001年9月14日,阿雷西博天文台拍下了一个长达70公里的巨大喷流——比一般喷流的两倍还要长。该喷流发生在海洋上空一块积雨云的顶部,持续了不到一秒。喷流开始时像普通喷流般以50,000米每秒的速度上行,其后突然分成两股并加速到250,000米每秒,到达电离层化作绚烂的闪光。

2002年7月22日,台湾南中国海观察到了5个长度在60~70公里之间的巨型喷流,并发表在了《自然》杂志上。这些喷流只持续了不到一秒,研究者描述其形状像大树与胡萝卜。

极低频率辐射

精灵ELVES)是一种直径可达500公里左右的暗淡平缓的闪光现象,通常只能持续一毫秒。它们通常发生在离积雨云100公里高的电离层中。它们的颜色一直成谜,现在一般相信是红色。极低频率辐射在1990年10月7日法属圭亚那的一次航天任务中首次被观测到。

“精灵”得名于其英文缩写ELVES(Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources,电磁脉冲源造成的甚低频扰动与发光现象)。此名称阐述了发光的原理;电子碰撞导致的氮气分子激发(电子可能通过雷暴产生的电磁脉冲获能)。

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