Sprites: foudre atmosphérique supérieure

Les orages remplissent le ciel de lumièresau dessus ainsi que sous les nuages. Puisque 1990 il y a eu une explosion d'intérêt pour ces lueurs et ces éclairs dans le ciel. Ils portent des noms fantaisistes comme des sprites, des elfes, des gnomes et plus encore.

Ces événements lumineux transitoires ou TLE sont similaires à la foudre. Tout comme la terre solide conduit l'électricité et attire la foudre, il en est de même de l'ionosphère, la couche au-dessus de la stratosphère. Un grand coup de foudre lance une impulsion électromagnétique montante (EMP) qui excite l'air mince jusqu'à ce qu'il émette de la lumière.

Le TLE le plus courant est le sprite - un flash de lumière rouge directement au-dessus du grand des orages. Les sprites surviennent une fraction de seconde après de forts coups de foudre, montant à une altitude de près de 100 kilomètres. David Sentman de l'Université de l'Alaska à Fairbanks les a nommés sprites comme un moyen de parler d'eux sans présupposer leur cause et leur mécanisme.

Les sprites sont nombreux dans le Midwest américain, où de grands orages sont courants, mais ils sont signalés dans de nombreux autres endroits. La page d'accueil de Sprite Watchers donne des conseils sur la façon de les rechercher.

Les sprites en détail sont des faisceaux de vrilles lumineuses qui se propagent vers l'extérieur au-dessus et au-dessous d'une boule lumineuse centrale. Les simples sont appelés sprites de carotte. Les grosses grappes de sprites peuvent ressembler à des méduses ou à des anges. Des groupes de sprites "dansants" apparaissent parfois. Une galerie de sprites publiée dans La physique aujourd'hui donne une bonne image de ces créatures clignotantes.

Les jets bleus sont des cônes de lumière bleue faible qui commencent à environ 15 km d'altitude et s'élèvent à environ 45 km comme une bouffée de fumée rapide. Ils sont plutôt rares. Ils peuvent être associés à de fortes tempêtes de grêle dans les nuages ​​en dessous.

Les jets bleus sont difficiles à étudier depuis le sol, étant à des altitudes plus basses que les sprites. De plus, la lumière bleue ne voyage pas dans l'air aussi bien que le rouge, et les caméras haute vitesse sont moins sensibles au bleu. Les jets bleus sont mieux étudiés depuis les avions, mais ces vols sont coûteux. Il faut donc attendre pour en savoir plus sur les jets bleus.

Entrées bleues sont de rares éclairs et points à basse altitude qui ne se transforment pas en jets bleus. Observés pour la première fois en 1994 et décrits l'année suivante, les démarreurs peuvent être liés aux mêmes conditions qui déclenchent les jets bleus.

Les elfes sont des disques extrêmement brefs de faible lumière (et d'émissions radio à très basse fréquence) qui apparaissent à environ 100 km. Parfois, ils apparaissent avec des sprites, mais généralement pas. Les elfes ont été prédits avant leur première observation en 1994. Le nom signifie «Émissions de lumière et VLF des sources EMP».

Halos de sprite sont des disques de lumière, comme les elfes, mais sont plus petits et plus bas, commençant à environ 85 km et descendant à 70 km. Ils durent environ une milliseconde et sont suivis par des sprites, qui semblent se développer directement à partir de leurs disques. Les halos de sprites sont considérés comme une première étape des sprites.

Les trolls (pour le transitoire optique linéaire rouge lumineux) surviennent après un sprite particulièrement fort, descendant dans les vrilles les plus basses près des sommets des nuages. Les premiers enregistrements les ont montrés comme des taches rouges avec des queues rouges pâles, montant un peu comme des jets bleus. Des caméras plus rapides montrent que les trolls sont une série rapide d'événements. Chaque événement commence par une lueur rouge qui se forme dans une vrille de sprite, puis "s'écoule" vers le bas. Chaque événement suivant commence plus haut, de sorte que la série ressemble à un flou vers le haut dans les vidéos plus lentes. C'est un modèle typique de la science: regarder la même vieille chose avec de meilleurs instruments révèle toujours quelque chose de nouveau et d'inattendu.

Gnomes sont de petites pointes de lumière blanches très brèves qui pointent vers le haut à partir du haut d'un grand nuage d'orage dessus de l'enclume, en particulier le "dôme de dépassement" causé par de forts courants ascendants poussant l'air humide montant légèrement au-dessus le enclume. Ils apparaissent à environ 150 mètres de large et environ un kilomètre de haut, et ils durent quelques microsecondes.

Pixies sont si petites qu'elles apparaissent comme des points, ce qui les rend inférieures à 100 m de diamètre. Dans la vidéo qui les a documentés pour la première fois, ils apparaissent dispersés à travers le dôme de dépassement, clignotant apparemment au hasard. Les lutins et les gnomes semblent être d'une couleur blanche pure, comme la foudre ordinaire, et ils n'accompagnent pas les coups de foudre.

Ces événements ont d'abord été décrits comme «un hybride de jet bleu et de sprite. La partie supérieure ressemble à un sprite tandis que la moitié inférieure ressemble à un jet. Ces événements s'étendent visuellement du bas atmosphère à l'ionosphère de la couche E à 100 km. La durée lumineuse de ces événements varie entre 200 ms et 400 ms, ce qui est beaucoup plus long que celui des sprites typiques. "

PS: Les TLE sont un indice de plus du comportement de la haute atmosphère et de son rôle dans le circuit électrique mondial. Un récent numéro du Bulletin d'information sur l'électricité atmosphérique présente un éventail ahurissant de recherches dans ce domaine. L'état du circuit mondial, par exemple, est un moyen prometteur de surveiller le réchauffement climatique.

L'étude des lumières dans la haute atmosphère pousse les capacités de la science, en particulier la vidéo à haute vitesse. Il faut aussi de la chance et des amis en haut lieu, comme les observatoires au sommet d'une montagne.

Des sites de visualisation spéciaux sont nécessaires pour voir les sprites, car ils se cachent toujours au-dessus des orages. À la station de terrain de Yucca Ridge, dirigée par FMA Research dans le nord du Colorado, les observateurs de sprites peuvent voir la foudre tempêtes 1000 kilomètres plus loin sur les grandes plaines. Un observatoire similaire se trouve dans la chaîne des Pyrénées du sud de la France. D'autres chercheurs emportent des avions sauteurs de tempête dans le ciel nocturne turbulent pour capturer les éclairs insaisissables.

L'autre grande plate-forme d'observation est en orbite. Des recherches importantes ont été effectuées à partir de la navette spatiale, y compris le vol fatidique de Columbia qui s'est écrasé lors de sa rentrée en 2003. Et le deuxième satellite de Taiwan, lancé en 2004, est dédié à ce domaine.

La chasse aux sprites et à leurs frères et sœurs a également dépendu des pauses chanceuses. Les sprites ont été enregistrés pour la première fois en 1989 lorsque des scientifiques de l'Université du Minnesota, attendant de filmer un lancement de fusée, ont braqué la caméra sur un orage lointain. L'un d'eux a vérifié le câblage et réparé un cordon lâche. Quelques minutes plus tard, la bande a pris un flash si bref qu'elle n'a occupé que deux images. Ces deux images vidéo ont lancé une toute nouvelle branche des sciences de la Terre.

Le 22 juillet 2000, Walter Lyons était à Yucca Ridge pour filmer un énorme complexe de tempêtes "à méso-échelle" lorsqu'un orage "supercellulaire" plus petit a dérivé vers le nord, bloquant la vue. Les supercellules - les orages typiques de cumulonimbus en forme d'enclume - ne produisent pas de sprites, mais Lyon laisse les caméras tourner. À sa grande surprise, les enregistrements ont montré deux nouveaux types de lumières au sommet de la supercellule: les gnomes et les lutins.

Lyon est toujours à la recherche de nouvelles lumières. La littérature scientifique a des descriptions de témoins oculaires de lumières dans la haute atmosphère datant de plus d'un siècle. La plupart correspondent aux sprites et aux jets bleus. Mais une poignée alléchante décrit des stries blanches brillantes qui montent directement et sans ramification depuis les sommets des orages. Quelques photos donnent le détail supplémentaire que les sommets de ces lumières deviennent bleus.

Un jour, nous les capturerons sur bande, analyserons leurs spectres et leur donnerons un nom. Comme les sprites, les elfes et les trolls, ils ont toujours été ici, mais nous n'avons jamais eu les yeux pour les voir.

Les réunions annuelles de décembre de l'American Geophysical Union sont des réunions de la communauté soudée de sprites depuis 1994. À la session de 2001, le groupe présent s'est arrêté pour se souvenir de son défunt ami et mentor John Winckler (1917-2001), le géophysicien et collectionneur d'histoires de foudre étranges qui a pointé la caméra sur ce Minnesota orage en 1989. Dans le même temps, les discussions d'un groupe euro-africain et d'une équipe de chasseurs de sprites de Taïwan témoignaient de la croissance du champ.

Chaque année apporte des progrès dans l'étude des sprites et de leurs proches. Au tournant du millénaire, voici ce que nous apprenions:

• David Sentman, l'homme qui a donné son nom aux sprites, a documenté les ondes de gravité dans la haute atmosphère provoquées par les sprites. En effet, les sprites "éclaboussent" l'énergie dans l'ionosphère comme un nageur se jetant dans une piscine. Ils rejoignent ainsi les météores, les éruptions, les orages et les tremblements de terre en tant que causes des ondes de gravité ionosphériques.
• La campagne STEPS 2000 a enregistré des sprites alors que d'autres observateurs détectaient des signaux infrasons distinctifs - j'appellerais ces "sprites tonnerre". Walter Lyons a préparé un document PDF sur le sujet.
• Les premiers sprites ont été observés au Brésil, un grand terrain de jeu d'orage, à l'aide de ballons et d'avions instrumentés.
• Le groupe de sprites de l'Université de Tohoku (apparemment disparu depuis 2009) a recherché des sprites en hiver, surveillant les tempêtes sur le front froid dans l'océan près du Japon. Ce cadre météorologique est très différent des grandes plaines d'Amérique du Nord, mais des sprites y apparaissent également.
• Et un groupe de l'Université nationale Cheng Kung à Taïwan observe la Chine continentale ainsi que le Pacifique. Ce sont eux qui ont découvert de gigantesques jets bleus.

J'essaie de garder un œil sur ce domaine chaque année, et j'ai signalé de nouveaux résultats des sessions de 2003 et 2004. Il y a aussi plus à voir dans le Sprites Catégorie.

PS: Cette recherche atmosphérique est également liée à l'étude en cours de la foudre ordinaire. De nouveaux réseaux observent la foudre dans les moindres détails, produisant des données qui peuvent donner un aperçu des forces qui causent les sprites. Pour quiconque a déjà regardé la chaleur de la foudre cachée au plus profond des nuages ​​élevés, les images résultantes sont un aperçu magique de quelque chose de jamais vu auparavant.