Sprites: Rayo atmosférico superior

Las tormentas eléctricas llenan el cielo con lucesencima así como debajo de las nubes. Ya que 1990 Ha habido una explosión de interés en estos resplandores y destellos en el cielo alto. Llevan nombres caprichosos como sprites, elfos, gnomos y más.

Estos eventos luminosos transitorios o TLE son similares a los rayos. Así como la tierra sólida conduce electricidad y atrae los rayos, también lo hace la ionosfera, la capa que se encuentra sobre la estratosfera. Un gran rayo lanza un pulso electromagnético ascendente (EMP) que excita el aire fino hasta que emite luz.

El TLE más común es el sprite, un destello de luz roja directamente encima de un gran tormentas. Los sprites ocurren una fracción de segundo después de fuertes rayos, que se elevan a una altitud de casi 100 kilómetros. David Sentman, de la Universidad de Alaska en Fairbanks, los nombró sprites como una forma de hablar sobre ellos sin presuponer su causa y mecanismo.

Los sprites abundan en el Medio Oeste de Estados Unidos, donde son comunes las grandes tormentas eléctricas, pero se informan en muchos otros lugares. La página de inicio de Sprite Watchers da consejos sobre cómo buscarlos.

Los sprites en detalle son haces de zarcillos luminosos que se extienden hacia afuera por encima y debajo de una bola brillante central. Los simples se llaman sprites de zanahoria. Los grandes grupos de sprites pueden parecerse a medusas o ángeles. A veces aparecen grupos de sprites "bailando". Una galería de sprites publicada en Física hoy da una buena imagen de estas criaturas parpadeantes.

Los chorros azules son conos de luz azul tenue que comienzan a unos 15 km de altitud y se elevan a unos 45 km como una nube de humo. Son bastante raros. Pueden estar asociados con fuertes tormentas de granizo en las nubes debajo de ellas.

Los chorros azules son difíciles de estudiar desde el suelo, ya que están a altitudes más bajas que los sprites. Además, la luz azul no viaja por el aire tan bien como el rojo, y las cámaras de alta velocidad son menos sensibles al azul. Los aviones azules se estudian mejor desde aviones, pero esos vuelos son costosos. Entonces debemos esperar para aprender más sobre los jets azules.

Entrantes azules son raros destellos y puntos de baja altitud que no se convierten en chorros azules. Avistados por primera vez en 1994 y descritos al año siguiente, los arrancadores pueden estar relacionados con las mismas condiciones que desencadenan los chorros azules.

Los elfos son discos extremadamente breves de luz tenue (y emisiones de radio de muy baja frecuencia) que aparecen a unos 100 km. A veces aparecen con sprites, pero generalmente no. Los elfos fueron predichos antes de ser observados por primera vez en 1994. El nombre significa "Emisiones de luz y VLF de fuentes EMP".

Halos de sprites son discos de luz, como los elfos, pero son más pequeños y más bajos, comenzando a unos 85 km y bajando a 70 km. Duran aproximadamente un milisegundo y son seguidos por sprites, que parecen crecer directamente desde sus discos. Se cree que los halos de sprites son una etapa inicial de los sprites.

Los trolls (para el Lineal Luminoso Óptico Rojo Transitorio) ocurren después de un sprite especialmente fuerte, hacia abajo en los zarcillos más bajos cerca de las cimas de las nubes. Las primeras grabaciones los mostraban como manchas rojas con colas rojas débiles, que se alzaban como chorros azules. Las cámaras más rápidas muestran que los trolls son una serie rápida de eventos. Cada evento comienza con un resplandor rojo que se forma en un zarcillo sprite, luego "drena" hacia abajo. Cada evento siguiente comienza más alto, por lo que la serie se ve como un desenfoque hacia arriba en videos más lentos. Este es un patrón típico en la ciencia: mirar lo mismo de siempre con mejores instrumentos siempre revela algo nuevo e inesperado.

Gnomos son pequeños picos de luz blanca muy breves que apuntan hacia arriba desde la parte superior de una gran nube de tormenta parte superior del yunque, específicamente la "cúpula de sobreimpulso" causada por fuertes corrientes ascendentes que empujan el aire húmedo ascendente ligeramente por encima el yunque. Aparecen unos 150 metros de ancho y aproximadamente un kilómetro de altura, y duran unos pocos microsegundos.

Duendes son tan pequeños que aparecen como puntos, haciéndolos menos de 100 m de ancho. En el video que los documentó por primera vez, aparecen dispersos en el domo de sobreimpulso, parpadeando aparentemente al azar. Los duendes y los gnomos parecen ser de un color blanco puro, como los rayos normales, y no acompañan los rayos.

Estos eventos se describieron por primera vez como "un híbrido de jet azul y sprite. La parte superior se asemeja a un sprite mientras que la mitad inferior es como un chorro. Estos eventos abarcan visualmente desde abajo atmósfera a la ionosfera de la capa E a 100 km. La duración luminosa de estos eventos varía entre 200 ms y 400 ms, que es mucho más larga que la de los sprites típicos ".

PD: Los TLE son una pista más del comportamiento de la atmósfera superior y su papel en el circuito eléctrico global. Un número reciente del Boletín sobre electricidad atmosférica presenta una gama alucinante de investigación en esta área. El estado del circuito global, por ejemplo, es una forma prometedora de monitorear el calentamiento global.

El estudio de las luces en la atmósfera superior impulsa las capacidades de la ciencia, especialmente el video de alta velocidad. También se necesita suerte y amigos en lugares altos, como observatorios en la cima de montañas.

Se necesitan sitios de visualización especiales para ver sprites, ya que siempre se esconden por encima de las tormentas eléctricas. En la estación de campo Yucca Ridge, dirigida por FMA Research en el norte de Colorado, los observadores de sprites pueden ver los rayos desde tormentas A 1.000 kilómetros de distancia sobre las Grandes Llanuras. Un observatorio similar se encuentra en el rango de los Pirineos en el sur de Francia. Otros investigadores llevan aviones de salto de tormenta a los turbulentos cielos nocturnos para capturar los esquivos destellos.

La otra plataforma de observación principal está en órbita. Se han realizado importantes investigaciones desde el transbordador espacial, incluido el fatídico vuelo de Columbia que se estrelló durante la reentrada en 2003. Y el segundo satélite de Taiwán, lanzado en 2004, está dedicado a este campo.

La caza de sprites y sus hermanos también ha dependido de los golpes de suerte. Los sprites se registraron por primera vez en 1989 cuando algunos científicos de la Universidad de Minnesota, mientras esperaban para filmar el lanzamiento de un cohete, apuntaron la cámara a una tormenta distante. Uno de ellos revisó el cableado y arregló un cable suelto. Minutos después, la cinta captó un destello tan breve que solo ocupó dos fotogramas. Esos dos cuadros de video lanzaron una rama completamente nueva de la ciencia de la Tierra.

El 22 de julio de 2000, Walter Lyons estaba en Yucca Ridge filmando un video de un enorme complejo de tormentas de "mesoescala" cuando una tormenta eléctrica "supercélula" aislada más pequeña se dirigió hacia el norte, bloqueando la vista. Las supercélulas, las típicas tormentas de cumulonimbos en forma de yunque, no producen sprites, pero Lyons deja que las cámaras funcionen. Para su sorpresa, las grabaciones mostraron dos nuevos tipos de luces en la parte superior de la supercélula: gnomos y duendes.

Lyons todavía está buscando nuevas luces. La literatura científica tiene descripciones de testigos oculares de luces en la alta atmósfera que datan de más de un siglo. La mayoría corresponden a sprites y chorros azules. Pero un puñado tentador describe rayas blancas brillantes que se elevan rectas y sin ramificaciones desde las tormentas. Algunas fotos dan más detalles de que la parte superior de estas luces se vuelve azul.

Algún día los capturaremos en cinta, analizaremos sus espectros y les daremos un nombre. Al igual que los duendes, elfos y trolls, siempre han estado aquí, pero nunca tuvimos ojos para verlos.

Las reuniones anuales de diciembre de la Unión Geofísica Americana han sido reuniones de la comunidad de sprites muy unida desde 1994. En la sesión de 2001, el grupo que asistió hizo una pausa para recordar a su fallecido amigo y mentor John Winckler (1917–2001), el geofísico y coleccionista de historias raras extrañas que apuntó la cámara a ese Minnesota tormenta eléctrica en 1989. Al mismo tiempo, las conversaciones de un grupo europeo-africano y un equipo de caza de sprites de Taiwán fueron prueba del crecimiento del campo.

Cada año trae avances en el estudio de los sprites y sus parientes. Al comienzo del milenio, esto es lo que estábamos aprendiendo:

• David Sentman, el hombre que dio nombre a los sprites, documentó ondas de gravedad en la alta atmósfera causadas por los sprites. En efecto, los sprites "salpican" energía en la ionosfera como un nadador que se arroja a una piscina. Por lo tanto, se unen a meteoritos, erupciones, tormentas eléctricas y terremotos como causas de ondas de gravedad ionosféricas.
• La campaña STEPS 2000 registró sprites cuando otros observadores detectaron señales de infrasonido distintivas; yo los llamaría "truenos de sprites". Walter Lyons preparó un documento PDF sobre el tema.
• Los primeros sprites se observaron en Brasil, un importante parque de tormentas eléctricas, utilizando globos y aviones instrumentados.
• El grupo de sprites de la Universidad de Tohoku (aparentemente desaparecido a partir de 2009) buscó sprites en invierno, monitoreando tormentas de frente frío en el océano cerca de Japón. Esta configuración meteorológica es bastante diferente de las Grandes Llanuras de América del Norte, aunque también aparecen sprites.
• Y un grupo de la Universidad Nacional Cheng Kung en Taiwán observa sobre China continental y el Pacífico. Ellos fueron los que descubrieron gigantescos jets azules.

Trato de vigilar este campo cada año, y he informado nuevos resultados de las sesiones de 2003 y 2004. También hay más para ver en el Sprites categoría.

PD: Esta investigación atmosférica también está vinculada al estudio en curso de los rayos normales. Nuevas redes están observando relámpagos con detalles maravillosos, produciendo datos que pueden dar una idea de las fuerzas que causan los sprites. Para cualquiera que haya visto relámpagos de calor ocultos en las nubes altas, las imágenes resultantes son una visión mágica de algo nunca antes visto.