红色精灵
精灵（英语：Sprites）是一种发生在积雨云以上的大范围放电现象，由雷暴云和地面之间的正地闪所致。
精灵发橙红色光，会在夜空中以各种形状闪烁地出现。精灵在对流层以上海拔约50至90公里处形成，往往成群出现。有关精灵的报告可以追溯至1886年以前，但要直到1989年7月6日，明尼苏达大学的科学家才首次拍摄到精灵的照片。至今人们已拍摄到数以万计的精灵照片或影片。
精灵不应与闪电混淆，因为精灵是一种冷等离子体现象[1]，缺乏闪电的高温。事实上，相比闪电，组成精灵的等离子体更接近于荧光灯内的放电物质。
历史
[编辑]早在1730年，就有记载雷暴雨以上的短暂发光现象的间接证据。诺贝尔物理学奖得主查尔斯·汤姆森·里斯·威尔逊曾在1925年提出，根据理论，上层大气可以发生电击穿现象。1956年，他目睹了一次很有可能是精灵的现象。1989年7月6日，明尼苏达大学的科学家用低光摄影机，偶然地拍到了精灵的第一张照片。[2]由于这种现象难以捕捉、转瞬即逝，所以人们在不久后便开始称之为“精灵”。[3]自1989年起，人们已从地面、飞机和太空拍摄到数以万计的精灵。
特性
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有记录的精灵出现地点有：北美洲、[4]中美洲、南美洲、[5]欧洲、[6]非洲中部（扎伊尔）、澳洲、日本海及亚洲等。一般相信，大规模雷暴系统中都会出现精灵。
利用超高速相机和图像增强器，可分辨出精灵的形状。精灵可根据形状可分为三类：[7]
- 水母精灵──规模极大，大小约为30 km×30 km
- 萝卜精灵
- 柱状精灵（C精灵）──大规模放电现象，人们对其性质还没有很好的理解
精灵的上部分呈橙红色，[3]下方悬挂着蓝色的卷须体，在出现前可能先有红色的晕。精灵是由下方雷暴云和地面之间产生的正地闪所引致的，出现时间在几个毫秒左右，比平流层底部放电现象更长。[8]精灵一般在两个以上成群出现，跨越海拔50至90公里的区间，上下皆有长长的延伸物。[3]
从每秒1万帧的高速相机所拍摄到的精灵照片可见，精灵实际上是由一团直径几十米的等离子球所组成，它们在大约海拔80公里处形成，再以光速10%的速度向下移动，几毫秒后又有另一组等离子球向上移动。[9]精灵与下方的正地闪之间的横向距离可达50公里，延时约几毫秒，在罕见情况下可达100毫秒。
从地球拍摄精灵需有特殊条件：在大型雷暴系统的150至500公里以外需有毫无阻挡的视线，云和地面间必须出现正地闪，拍摄器材要对红光十分敏感，且夜空必须漆黑无光。[1]
精灵晕
[编辑]精灵出现之前约1毫秒，有时会先短暂出现晕的现象。晕呈圆盘形，宽50公里，厚10公里，中心点位于下方闪电之上的70公里处。其物理原理和精灵一样，但由于电解程度太弱，无法产生高速流动的物质。由于外观和持续时间相近，所以晕有时会和中高层大气极低频率辐射放电现象（又称淘气精灵）混淆。[10]
2000年在斯坦福大学进行的研究指出，精灵晕往往会和普通闪电（负地闪）一起出现，并不像含柱状结构的精灵那样罕见。[10]2004年东北大学科学家所做的研究发现，精灵出现的同时也会发生甚低频发光现象，这意味着云以内的放电也可以产生精灵。[11]
对飞行器的损坏
[编辑]一些发生在雷暴云以上别无解释的高空飞行器意外，有可能是精灵所致。例如，美国国家航空航天局在1989年6月6日从德克萨斯州帕勒斯坦释放的一只平流层气球在飞过格雷厄姆一个雷暴上空时，于海拔37公里处不受控制地卸下了载荷。数月后的调查结果认为，从云层向上走的“一道闪电”是此次事故的起因。[12]不过，人们事后才把起因归咎于精灵，因为“精灵”一词在事故当时还没有开始使用。
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精灵位于照片右上方 -
局部图 -
精灵出现期间的三帧图像 -
精灵在6秒左右出现
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参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 Grønne, Jesper. "Første danske 'red sprites' fanget fra Silkeborg" 互联网档案馆的存档，存档日期2012-08-22. Danish Meteorological Institute, 20 August 2012. Retrieved: 20 August 2012.
- ^ Walter A. Lyons and Michey D. Schmidt (2003). P1.39 The Discovery of Red Sprites as an Opportunity For Informal Science Education. （页面存档备份，存于互联网档案馆） American Meteorological Society. Retrieved on 2009-02-18.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Sentman, D. D.; Wescott, E. M.; Osborne, D. L.; Hampton, D. L.; Heavner, M. J. Preliminary results from the Sprites94 Aircraft Campaign: 1. Red sprites. Geophysical Research Letters. 1995-05-15, 22 (10): 1205–1208. Bibcode:1995GeoRL..22.1205S. doi:10.1029/95GL00583 （英语）.
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- ^ Don Savage and Kathy Berry (1995). Sprites Confirmed Over Storms Outside U.S. For First Time. （页面存档备份，存于互联网档案馆） NASA. Retrieved on 2009-02-18.
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- ^ Stenbaek-Nielsen, H. C.; McHarg, M. G.; Kanmae, T.; Sentman, D. D. Observed emission rates in sprite streamer heads. Geophysical Research Letters. 2007-06-06, 34 (11): L11105. Bibcode:2007GeoRL..3411105S. ISSN 0094-8276. doi:10.1029/2007GL029881 （英语）.
- ^ 10.0 10.1 Barrington‐Leigh, Christopher P.; Inan, Umran S.; Stanley, Mark. Identification of sprites and elves with intensified video and broadband array photometry. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2001, 106 (A2): 1741–1750 [2021-05-02]. ISSN 2156-2202. doi:10.1029/2000JA000073. （原始内容存档于2021-05-02） （英语）.
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- ^ STRATOCAT. Data of the stratospheric balloon launched on 6/5/1989 from Columbia Scientific Balloon Facility, Palestine, Texas, US for Molecules observation made fluorescent with a Laser. 2009 [2009-02-18]. （原始内容存档于2009-06-21）.
外部链接
[编辑]
- Red Sprites & Blue Jets （页面存档备份，存于互联网档案馆） （阿拉斯加大学费尔班克斯分校在1994年发放的一盘VHS录像带。是这盘录像带使得“精灵”一词广为使用的。）
- Red Sprites and Blue Jets（阿拉斯加大学费尔班克斯分校有关精灵的网站）
- Ground and Balloon-Borne Observations of Sprites and Jets （页面存档备份，存于互联网档案馆）（在地面及气球上对精灵及喷流的观测）
- Darwin Sprites '97 （页面存档备份，存于互联网档案馆）（奥塔哥大学空间物理研究组）
- Sprites in Europe: European contributors blog （页面存档备份，存于互联网档案馆）（记录欧洲地区上空精灵的网志）
- Kanmae, Takeshi; Stenbaek-Nielsen, Hans C.; McHarg, Matthew G.; Haaland, Ryan K. Observation of blue sprite spectra at 10,000 fps: OBSERVATION OF BLUE SPRITE SPECTRA. Geophysical Research Letters. 2010-07-XX, 37 (13): n/a–n/a. Bibcode:2010GeoRL..3713808K. doi:10.1029/2010GL043739 （英语）.
- Mysterious Sprite Photographed by ISS Astronaut: Big Pic （页面存档备份，存于互联网档案馆）（国际太空站航天员所拍摄的精灵）
- Photographer Captures Rare Photograph of a Sprite with an Aurora （页面存档备份，存于互联网档案馆）（摄影师拍摄到精灵和极光同时出现）
- At the Edge of Space （页面存档备份，存于互联网档案馆）（《太空边缘》，有关精灵现象的美国科普电视节目）