Rayo de la atmósfera superior - Upper-atmospheric lightning

Representación de fenómenos de descargas eléctricas y relámpagos en la atmósfera superior
Imagen del descubrimiento de un TLE en Júpiter por la sonda Juno de la NASA .

Los relámpagos de la atmósfera superior o los relámpagos ionosféricos son términos que a veces utilizan los investigadores para referirse a una familia de fenómenos de ruptura eléctrica de corta duración que ocurren muy por encima de las altitudes de los relámpagos y las nubes de tormenta normales . Se cree que los rayos de la atmósfera superior son formas de plasma luminoso inducidas eléctricamente . El uso preferido es evento luminoso transitorio (TLE), porque los diversos tipos de fenómenos de descarga eléctrica en la atmósfera superior carecen de varias características de los relámpagos troposféricos más familiares.

También se han observado eventos luminosos transitorios en imágenes ultravioleta lejana de la atmósfera superior de Júpiter , muy por encima de la altitud de las nubes de agua que producen rayos.

Caracteristicas

Sprites de la noche de verano en el Observatorio La Silla .

Hay varios tipos de TLE, los más comunes son los sprites . Los sprites son destellos de luz roja brillante que ocurren sobre los sistemas de tormentas . C-sprites (abreviatura de "sprites columniform") es el nombre que se le da a las columnas verticales de luz roja. Los C-sprites que exhiben zarcillos a veces se denominan "sprites de zanahoria". Otros tipos de TLE incluyen halos de sprites, fantasmas, chorros azules, chorros gigantes, duendes, gnomos, trolls, arrancadores azules y ELVES. El acrónimo ELVES (" Emisión de luz y perturbaciones de muy baja frecuencia debido a fuentes de pulsos electromagnéticos ") se refiere a un evento singular que comúnmente se considera plural. Los TLE son fenómenos secundarios que ocurren en la atmósfera superior en asociación con relámpagos de tormentas subyacentes .

Los TLE generalmente duran desde menos de un milisegundo hasta más de 2 segundos. La primera grabación de video de un TLE fue capturada accidentalmente el 6 de julio de 1989 cuando el investigador RC Franz dejó una cámara encendida durante la noche para ver el cielo nocturno. Al revisar el video tomado, aparecieron dos imágenes verticales en forma de dedos en dos cuadros de la película. Las siguientes grabaciones de video conocidas de un TLE se tomaron en 1989, cuando la Shuttle Mission STS-34 estaba llevando a cabo el Experimento de Observación de Rayos de Mesoescala. El 21 de octubre de 1989, los TLE se registraron durante las órbitas 44 y 45 del Transbordador. Los TLE han sido capturados por una variedad de sistemas de grabación óptica , y el número total de eventos registrados recientes (principios de 2009) se estima en muchas decenas de miles. La tasa global de ocurrencia de TLE se ha estimado a partir de observaciones de satélite ( FORMOSAT-2 ) en varios millones de eventos por año.

Historia

En la década de 1920, el físico escocés CTR Wilson predijo que se produciría una avería eléctrica en la atmósfera muy por encima de las grandes tormentas eléctricas. En las décadas siguientes, los pilotos de aviones informaron sobre descargas eléctricas a gran altitud y los meteorólogos las descartaron hasta que se documentó la primera evidencia visual directa en 1989. Varios años más tarde, los investigadores denominaron 'sprites' a las firmas ópticas de estos eventos para evitar inadvertidamente implicaciones físicas. propiedades que, en ese momento, aún se desconocían. Los términos sprites rojos y jets azules ganaron popularidad después de que se distribuyó un videoclip después de una campaña de investigación de aviones para estudiar sprites en 1994.

Sprites

Primera imagen en color de un objeto, tomada desde un avión.

Los sprites son descargas eléctricas a gran escala que ocurren muy por encima de una nube de tormenta , o cumulonimbus , dando lugar a una gama bastante variada de formas visuales. Son provocados por las descargas de rayos positivos entre la nube de tormenta y el suelo. Los fenómenos fueron nombrados después de la traviesa de sprites , por ejemplo, de Shakespeare Ariel o Puck , y es también un bacronym para S tratospheric / mesospheric P erturbations R que esulting de I ntense T hunderstorm E lectrification. Normalmente son de color naranja rojizo o azul verdoso, con zarcillos colgantes debajo y ramas arqueadas arriba. También pueden ir precedidos de un halo rojizo, conocido como halo de sprite. A menudo ocurren en grupos, que se encuentran a 50 kilómetros (31 millas) a 90 kilómetros (56 millas) sobre la superficie de la Tierra . Los sprites han sido presenciados miles de veces. Los Sprites han sido considerados responsables de accidentes inexplicables que involucraron operaciones vehiculares a gran altitud por encima de tormentas eléctricas.

Sprites sobre Roma visto desde Antibes - Francia

Chorros

Aunque los chorros se consideran un tipo de relámpago de la atmósfera superior, se ha descubierto que son componentes de los relámpagos troposféricos y un tipo de descarga de nube a aire que se inicia dentro de una tormenta y viaja hacia arriba. Por el contrario, otros tipos de TLE no están conectados eléctricamente con los rayos troposféricos, a pesar de ser provocados por ellos. Los dos tipos principales de jets son los jets azules y los jets gigantes . Los entrantes azules se consideran una forma más débil de jets azules.

Chorros azules

Jet gigantesco visto desde la cumbre de Mauna Kea , Hawaii.

Se cree que los chorros azules se inician como descargas de rayos "normales" entre la región de carga positiva superior en una nube de tormenta y una "capa de apantallamiento" negativa presente por encima de esta región de carga. El extremo positivo de la red líder llena la región de carga negativa antes de que el extremo negativo llene la región de carga positiva, y el líder positivo posteriormente sale de la nube y se propaga hacia arriba. Anteriormente se creía que los chorros azules no estaban directamente relacionados con los relámpagos y que la presencia de granizo de alguna manera conducía a su aparición. También son más brillantes que los sprites y, como lo indica su nombre, son de color azul. Se cree que el color se debe a un conjunto de líneas de emisión azul y casi ultravioleta del nitrógeno molecular neutro e ionizado . Fueron grabados por primera vez el 21 de octubre de 1989, en un video monocromático de una tormenta en el horizonte tomado desde el Transbordador Espacial mientras pasaba sobre Australia . Los chorros azules ocurren con mucha menos frecuencia que los sprites. En 2007, se habían obtenido menos de cien imágenes. La mayoría de estas imágenes, que incluyen las primeras imágenes en color, están asociadas con una sola tormenta. Estos fueron tomados en una serie de vuelos aéreos de 1994 para estudiar los sprites. Más recientemente, se ha observado la fuente y la formación de chorros azules desde la Estación Espacial Internacional .

Entrantes azules

Los arrancadores azules se descubrieron en un video de un vuelo de investigación nocturno alrededor de tormentas eléctricas y parecen ser "un fenómeno luminoso que se mueve hacia arriba y que está estrechamente relacionado con los chorros azules". Parecen ser más cortos y brillantes que los aviones azules, alcanzando altitudes de solo 20 km. "Los arrancadores azules parecen ser jets azules que nunca lo logran", según el Dr. Victor P. Pasko, profesor asociado de ingeniería eléctrica.

Jets gigantes

Sprites sobre Oro Verde, Argentina , 2 de febrero de 2014

Donde se cree que los chorros azules se inician entre la región de carga positiva superior y una capa de apantallamiento negativa directamente encima de esta región, parecen iniciarse chorros gigantes entre las regiones de carga positiva superior e inferior negativa en la nube de tormenta. En un proceso similar a cómo se forman los chorros azules, la red líder descarga la región de mayor carga antes de que ocurra lo mismo en la región de menor carga, y un extremo de la red líder se propaga hacia arriba desde la nube hacia la ionosfera. Los chorros gigantes alcanzan altitudes más altas que los chorros azules, y la parte superior del chorro cambia de color de azul a rojo.

Observaciones

El 14 de septiembre de 2001, los científicos del Observatorio de Arecibo fotografiaron un chorro gigantesco, el doble de la altura de los observados anteriormente, alcanzando alrededor de 70 km (45 millas) en la atmósfera. El chorro estaba ubicado sobre una tormenta eléctrica sobre un océano y duró menos de un segundo. Inicialmente se observó que el avión viajaba a unos 50.000 m / s (110.000 mph; 180.000 km / h) a una velocidad similar a la de un rayo típico, aumentada a 160.000 y 270.000 m / s (360.000-600.000 mph; 580.000-970.000 km / h), pero luego se dividió en dos y aceleró hacia arriba con velocidades de al menos 2,000,000 m / s (4,500,000 mph; 7,200,000 km / h) hacia la ionosfera, donde luego se extendió en un estallido de luz brillante.

El 22 de julio de 2002, se observaron cinco gigantescos jets de entre 60 y 70 kilómetros (35 y 45 millas) de longitud sobre el Mar de China Meridional desde Taiwán , informó Nature . Los chorros duraron menos de un segundo, con formas comparadas por los investigadores con árboles gigantes y zanahorias.

El 10 de noviembre de 2012, el Chinese Science Bulletin informó sobre un gigantesco chorro observado durante una tormenta eléctrica en China continental el 12 de agosto de 2010. "Evento GJ que se registró claramente en el este de China (centro de tormentas ubicado en 35,6 ° N, 119,8 ° E , cerca del mar de Huanghai ) ".

El 2 de febrero de 2014, el Observatorio Oro Verde de Argentina informó diez o más eventos de chorros gigantes observados durante una tormenta en el sur de Entre Ríos . El centro de la tormenta se ubicó a 33 ° S, 60 ° W, cerca de la ciudad de Rosario .

El 13 de agosto de 2016, la fotógrafa Phebe Pan tomó una foto nítida de gran angular de un chorro gigantesco con una lente gran angular mientras disparaba meteoros Perseidas en la cima del pico Shi Keng Kong en la provincia de Guangdong y Li Hualong capturó el mismo avión desde un lugar más distante. en Jiahe, Hunan, China.

El 28 de marzo de 2017, el fotógrafo Jeff Miles capturó cuatro aviones gigantes sobre Australia.

El 16 de octubre de 2019, el piloto Chris Holmes capturó un video de alta resolución de un avión gigantesco desde 35,000 pies (10.6 km) sobre el Golfo de México cerca de la Península de Yucatán. Desde 35 millas (56 km), el video de Holmes muestra una serpentina azul que se extiende desde la parte superior de una tormenta eléctrica hasta la ionosfera, volviéndose roja en la parte superior. Solo entonces, el líder de un rayo blanco brillante se arrastra lentamente desde la parte superior de la nube, alcanzando aproximadamente el 10% de la altura del gigantesco chorro antes de desvanecerse.

El 20 de septiembre de 2021, a las 10:41 pm (02:41 UTC) de cara al NE de Cabo Rojo, Puerto Rico, el fotógrafo Frankie Lucena grabó un video de un gigantesco evento de chorro de plasma que ocurrió durante una tormenta eléctrica en el área.

ELFOS

ELFOS ( Emisión de luz y perturbaciones de muy baja frecuencia debido a fuentes de pulso electromagnético ) a menudo aparecen como un brillo tenue, aplanado y en expansión de alrededor de 400 km (250 millas) de diámetro que dura, típicamente, solo un milisegundo . Ocurren en la ionosfera a 100 km (62 millas) sobre el suelo durante tormentas eléctricas . Su color fue desconocido durante algún tiempo, pero ahora se cree que es rojo. Los ELVES se registraron por primera vez en otra misión del transbordador, esta vez frente a la Guayana Francesa el 7 de octubre de 1990. Ese ELVES fue descubierto en el Shuttle Video por el equipo Mesoscale Lightning Experiment (MLE) en Marshall Space Flight Center , AL dirigido por el investigador principal , Otha H. "Skeet" Vaughan, Jr.

ELVES es una caprichosa acrónimo de E misiones de L ight y V ery de baja frecuencia perturbaciones debido a E pulso lectromagnetic S uentes. Esto se refiere al proceso por el cual se genera la luz; la excitación de moléculas de nitrógeno debido a colisiones de electrones (los electrones posiblemente hayan sido energizados por el pulso electromagnético causado por una descarga de una tormenta eléctrica subyacente).

Trolls, Pixies, Fantasmas y Gnomos

Trolls

Los TROLL (Transient Red Optical Luminous Lineaments) ocurren después de sprites fuertes y aparecen como puntos rojos con colas débiles, y en cámaras de mayor velocidad, aparecen como una serie rápida de eventos, comenzando como un resplandor rojo que se forma después de un zarcillo de sprite, que luego produce una raya roja hacia abajo de sí mismo. Son similares a los jets.

Pixies

Los duendes se observaron por primera vez durante el programa STEPS durante el verano de 2000, un programa de campo de múltiples organizaciones que investiga las características eléctricas de las tormentas eléctricas en High Plains . Se observaron una serie de eventos luminosos blancos inusuales sobre la tormenta durante un período de 20 minutos, con una duración promedio de 16 milisegundos cada uno. Más tarde fueron apodados 'duendes'. Tienen menos de 100 metros de ancho. No están relacionados con los rayos.

Fantasmas

Fantasmas ( G emisiones reen de excitados O xygen en S prite T ops) son débiles, se ilumina en verde que aparecen después de sprites rojos, desvaneciéndose en milisegundos. Si bien fueron documentados inicialmente por el fotógrafo Randy Halverson en 2014, los fantasmas fueron descubiertos oficialmente por el cazador de tormentas profesional Hank Schyma y Paul M Smith en 2019. Aún no existen revistas científicas sobre estos fenómenos debido a su clasificación reciente como un fenómeno único de la atmósfera superior. pero se han observado en imágenes. Sus observadores han planteado la hipótesis de que su brillo verde proviene de átomos de oxígeno excitados, al igual que la forma en que las auroras se ven verdes, sin embargo, esto no está confirmado.

Gnomos

Los gnomos son pequeños y breves picos de luz que apuntan hacia arriba desde la parte superior del yunque de una nube de tormenta, provocados cuando las fuertes corrientes ascendentes empujan el aire húmedo por encima del yunque. Duran solo unos pocos microsegundos. Tienen unos 200 metros de ancho y un máximo de 1 kilómetro de altura. Se desconoce su color, ya que solo se han observado en imágenes en blanco y negro.

Ver también

Referencias

enlaces externos