中高層大氣閃電或中高層大氣放電指的是一系列特殊的大氣放電現象,這种放電發生的地方要遠比正常閃電發生處為高。不過,因為這种放電現象缺少與對流層閃電的共通性,所以它們又被稱為瞬態發光現象(TLE)。TLE包括紅色精靈,藍色噴流,巨型噴流以及淘氣精靈。
歷史
早在20世紀20年代,蘇格蘭物理學家查爾斯·威耳遜就曾預言過,在雷雨雲之上的高層大氣中也會出現放電現象。[1]但一直到1989年7月6日,科學家才在明尼蘇達大學取得直接的觀察證據。幾年後,這種現象被阿拉斯加大學的科學家命名為“精靈”,以避免對當時所知不多的這種現象產生誤解。術語“紅色精靈”和“藍色噴流”在1994年的航拍實驗視頻播放後才為公眾所熟知
精靈
精靈是一種發生在積雨雲之上的大規模放電現象,其大小形態變化很大。這種現象是由雲層與地面間的正閃電引起的。[3]該現象得名於莎士比亞的喜劇《仲夏夜之夢》中的精靈帕克。精靈通常是紅橙色或是藍綠色,下部呈卷鬚狀,上部則有弧形枝狀結構,有時其頂端還會出現淡紅光暈。[4]該現象通常成簇發生在離地面80~145公里的高空。精靈在1989年7月6日首次被明尼蘇達大學的科學家拍攝下來,其後在世界各地都觀察到了這種現象。[5]精靈還被錯誤地認為是很多發生在高海拔上的飛機無端故障的元兇
噴流
藍色噴流藍色噴流通常呈細錐形,從積雨雲的頂端一直延伸到離地面40~50公里的電離層。不像紅色精靈,藍色噴流並非直接由閃電引起(但它們似乎與雷暴中的強冰雹現象有關)。[7]它們比紅色精靈要亮。其藍色可能是來自氮氣分子的發射光譜。藍色噴流在1989年10月21日由一艘經過澳大利亞上空的太空梭初次觀測。藍色噴流要比精靈稀少的多。到2007年為止,學界只有不到100張關於藍色噴流的照片。這些照片絕大多數都是在1994年阿拉斯加大學對紅色精靈的一次研究中攝下的[8]。
藍色啟輝器
藍色啟輝器首次發現在一段研究雷暴的夜間飛行錄下的視頻中,[9]它被描述成“一種與藍色噴流緊密相關的上行發光現象。”[10]它們要比一般的藍色噴流來得更亮但卻更短,通常不到20公里。[11]一位研究有關項目的電機工程專家維克多·P·帕斯科博士說道:“藍色啟輝器就像是沒長成的藍色噴流。”[12]
巨型噴流
2001年9月14日,阿雷西博天文台拍下了一個長達70公里的巨大噴流——比一般噴流的兩倍還要長。[13]該噴流發生在海洋上空一塊積雨雲的頂部,持續了不到一秒。噴流開始時像普通噴流般以50,000米每秒的速度上行,其後突然分成兩股並加速到250,000米每秒[可疑] (討論) ,到達電離層化作絢爛的閃光。
2002年7月22日,台灣在南中國海觀察到了5個長度在60~70公里之間的巨型噴流,並發表在了《自然》雜誌上。[14][15]這些噴流只持續了不到一秒,研究者描述其形狀像大樹和胡蘿蔔。
淘氣精靈
淘氣精靈是一種直徑400公里左右的暗淡平緩的光環,通常只能持續一毫秒。[16]它們通常發生在離積雨雲100公里高的電離層中。此前它們的顏色一直成謎,現在一般相信是紅色。淘氣精靈在1990年10月7日法屬蓋亞那的一次航天任務中首次被觀測到。淘氣精靈(Elves)是電磁脈衝源造成的甚低頻擾動與發光現象(Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources)的縮寫。[17]此名稱正好闡明了發光的原理;電子碰撞所導致的氮氣分子的激發(電子可能是被雷暴產生的電磁脈衝所激發)。
參見
瞬態發光現象 (TLE)
聖艾爾摩之火
極光
精靈 (閃電)