比閃電壯觀百倍,從國際太空站俯瞰高層大氣閃光現象「淘氣精靈」

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 22 日 17:01 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


地球天氣現象千變萬化,而閃電是其中最壯觀也最神秘的現象之一,當然其中也還有很多我們不解之處,比如與對流層閃電不同的中高層大氣放電現象,科學家幫它們取了各種有趣名字:紅色精靈、藍色噴流、淘氣精靈等。

中高層大氣放電又稱瞬態發光事件(Transient Luminous Events,TLEs),是在雷雨雲系統至電離層底部間發生的放電現象,由於樣子與我們常見的對流層閃電不同,故而被科學家另取名,比如:呈紅橙色、下部為卷鬚狀、上部有弧形枝狀結構的紅色精靈(Red sprites),是發生在積雨雲之上由雲層與地面間正閃電引起的大規模放電現象,大小與形態變化很大。

也有呈細錐形、從積雨雲頂端一直延伸到離地 40~50 公里高(電離層)的藍色噴流(blue jets),亮度也比紅色精靈還要亮,但它們並非直接由閃電引起,科學家認為應該是電擊穿現象形成了一條不可見的導電通道,然後藍色噴流沿著這條通道傳播。

還有一種更罕見的極低頻率輻射現象,稱為淘氣精靈(Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources,ELVES),這是一種直徑可達 500 公里的大範圍閃光,通常發生在離積雨雲 100 公里高的電離層中。

▲ 地球大氣層各種放電現象,最下部為最常見的閃電,接著是從積雨雲頂端延伸到電離層的「藍色噴流」;再往上是發生在積雨雲之上的大規模放電現象「紅色精靈」;最上部則是極度壯觀的大範圍閃光現象「淘氣精靈」。(Souece:歐洲太空總署

當然,這些奇怪現象都很難直接從地球表面觀察,倒是離地 400 公里、位於國際太空站的儀器能大顯身手一番,比如 2018 年安裝的 ASIM(Atmosphere-Space Interactions Monitor)儀器,集合了光學相機、光度計、X 射線與伽馬射線探測器等功能,目標便是尋找瞬態發光事件等高層大氣風暴。

最近,ASIM 儀器成功在太平洋雲層頂部看到 5 個強烈閃光,緊接著一片夢幻又震撼眼球的淘氣精靈迅速自電離層底部大範圍擴張,最後從平流層出現一條垂直向上的藍色噴流,場面相當壯觀(見下方影片)。

▲ 影片開頭可先看到 5 片閃光,接著淘氣精靈如防護罩般乍現,最後一條藍色噴流彷彿延著無形通道向上延伸。

這些觀測結果能幫助科學家理解雲如何引發閃電,研究人員認為這些現象甚至可能影響地球大氣中溫室氣體的濃度,也指出淘氣精靈應該不是由閃電流(lightning current)引起,而更像是雷雨雲內部發生的大功率無線電波放電,稱為窄雙極事件(narrow bipolar events,暫譯)。

由於窄雙極事件非常普遍,這可能代表高層大氣放電現象也比我們想像中更加普遍。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(圖片來源:ESA 影片截圖)