|
|
|
Stratosfeerontladingen zijn een natuurverschijnsel die zich soms voordoen boven zware onweerscomplexen. Boven deze zware onweersbuien komen soms zwakke lichtgevende flitsen voor,
in diverse kleuren, die reiken tot ver in de stratosfeer. Er is nog maar weinig bekend over dit fenomeen, maar momenteel spreekt men van drie soorten van deze stratosfeerontladingen: red sprites, blue jets
en elves. In het Engels heten deze stratosfeerontladingen Transient Luminous Events (TLE) |
| |
| Het waarnemen van deze verschijnselen is moeilijk tot vrijwel onmogelijk vanaf de aarde. Sprites zijn tot heden alleen nog waargenomen in de Verenigde Staten, Europa en vanuit vliegtuigen en met satellieten. Door waarnemingen met behulp van satellieten weet men intussen dat ze ook voorkomen in Afrika, Indonesië en Australië. |
| |
| De beelden tonen dat deze stratosfeerontladingen ingewikkelde, grillige vormen aannemen, die zich over grote afstanden uitbreiden |
| |
| 1: Verdeling van bliksem in de bovenste atmosfeer en verschijnselen van elektrische ontlading |
|
|
 |
| Afbeelding-1 |
|
| |
| Kenmerken |
| |
Er zijn verschillende soorten TLE's, waarvan sprites de meest voorkomende zijn. Sprites zijn flitsen van helder rood licht die boven stormsystemen voorkomen. C-sprites is de naam die wordt gegeven aan verticale kolommen met rood licht. C-sprites met ranken worden soms wortelsprites genoemd. Andere soorten TLE's zijn onder meer sprite halo's, geesten, blauwe jets, gigantische jets, pixies, kabouters, trollen, blauwe starters en ELVES's. Deze ELVES (“Emission of Light and Very Low Frequency zijn een verstoringen als gevolg van elektromagnetische pulsbronnen en verwijst naar een enkelvoudige gebeurtenis die gewoonlijk als meervoudig wordt beschouwd. TLE's zijn secundaire verschijnselen die optreden in de
bovenste lagen van de atmosfeer in combinatie met onderliggende onweersbuien. TLE's duren over het algemeen minder dan een milliseconde tot meer dan 2 seconden. |
| |
TLE's zijn vastgelegd door een verscheidenheid aan optische opnamesystemen, waarbij het totale aantal recent geregistreerde gebeurtenissen
vanaf 2009 wordt geschat op vele tienduizenden. Het mondiale aantal TLE-voorvallen wordt op basis van satellietwaarnemingen (FORMOSAT-2) geschat op enkele miljoenen gebeurtenissen per jaar. |
| |
| Geschiedenis |
| |
| In de jaren twintig stelde de Schotse natuurkundige C.T.R. Wilson voorspelde dat er een elektrische storing zou optreden in de atmosfeer, hoog boven grote onweersbuien. In de daaropvolgende decennia werden elektrische ontladingen op grote hoogte gerapporteerd door vliegtuigpiloten en buiten beschouwing gelaten door meteorologen totdat het eerste directe visuele bewijs werd gedocumenteerd in 1989. Enkele jaren later werden de optische kenmerken van deze gebeurtenissen door onderzoekers 'sprites' genoemd om te voorkomen dat ze onbedoeld fysieke gevolgen zouden impliceren. eigenschappen die toen nog onbekend waren. De termen rode sprites en blauwe jets werden populair nadat in 1994 een videoclip werd verspreid na een onderzoekscampagne voor vliegtuigen om sprites te bestuderen. |
| |
| |
| Sprites, ook wel rode sylfen genoemd, verschijnen tijdens krachtige bliksem in groepen van twee of drie in de mesosfeer. Hun korte duur van een paar milliseconden tot een paar honderd milliseconden en hun hoogte maken ze moeilijk waar te nemen vanaf de grond, wat verklaart waarom ze pas op 6 juli 1989 per ongeluk voor het eerst werden gefotografeerd vanuit een shuttleruimte. en vervolgens ter plaatse in 19947, maar het fenomeen wordt al meer dan een eeuw beschreven. |
| |
| Ze hebben de vorm van een kwal van één tot vijftig kilometer breed waarvan de filamenten met bogen naar de aarde hangen, en worden gevormd tussen 80 kilometer en 145 kilometer hoogte, aflopend tot ongeveer 40 kilometer hoogte. Sprites in de vorm van verticale kolommen worden C-sprites of kolomvormige sprites genoemd. Sommige van deze C-sprites hebben bungelende ranken en worden daarom wortelkabouters genoemd. |
| |
 |
| Afbeelding-2 |
|
|
 |
| Afbeelding-3 |
|
|
 |
| Afbeelding-4 |
|
| |
| 1: Sprites tijdens een onweersbui, waargenomen door NASA. De kleur komt door de druk van de stikstof. |
| 2: Sprites tijdens een onweersbui, waargenomen door NASA. We kunnen duidelijk hun groepering zien. |
| 3: Sprites boven Rome (Italië) waargenomen vanuit Antibes (Alpes-Maritimes). |
| |
Deze gloed lijkt te worden veroorzaakt door ioniserende verstoringen, die optreden boven een stormwolk of cumulonimbus, en door grote
positieve bliksemflitsen tussen de wolk en de aarde. De atmosfeer reageert dan als een TL-buis en wordt lichtgevend, met een kleur die varieert tussen roodoranje (bovenaan) en groenachtig blauw (aan de basis). Deze kleur komt van de stikstof N2 in de lucht, die lichtstralen met
verschillende golflengten uitzendt, afhankelijk van de druk (die afneemt met de hoogte). Hun verschijning kan worden voorafgegaan door die van
een roodachtige halo. |
| |
Een ander voorgesteld mechanisme voor de vorming van kabouters houdt verband met relativistische elektronenlawines, met een energie groter
dan 1 MeV, die door kosmische straling door de stratosfeer en de mesosfeer worden veroorzaakt. Deze opstijgende elektronenbundels kunnen interageren met moleculen in de lucht en secundaire röntgen- en gammastraling produceren en het bovenste deel van de ionosfeer ioniseren |
| |
| Jets |
| |
| Hoewel jets worden beschouwd als een soort bliksem in de bovenste atmosfeer, is gebleken dat ze componenten zijn van troposferische bliksem en een soort wolk-naar-lucht-ontlading die begint in een onweersbui en zich naar boven verplaatst. Andere typen TLE's zijn daarentegen niet elektrisch verbonden met bliksem in de troposfeer, ondanks dat ze erdoor worden geactiveerd. De twee belangrijkste soorten jets zijn blauwe jets en gigantische jets. Blauwe starters worden beschouwd als een zwakkere vorm van blauwe jets. |
| |
| Blue Jets |
| Aangenomen wordt dat blauwe jets worden geïnitieerd als "normale" bliksemontladingen tussen het bovenste positieve ladingsgebied in een onweerswolk en een negatieve "afschermingslaag" die boven dit ladingsgebied aanwezig is. Het positieve uiteinde van het leidersnetwerk vult het gebied met negatieve lading voordat het negatieve uiteinde het gebied met positieve lading vult, en de positieve leider verlaat vervolgens de wolk en plant zich naar boven voort. Vroeger geloofde men dat blauwe jets niet direct verband hielden met bliksemflitsen, en dat de aanwezigheid van hagel op de een of andere manier tot het optreden ervan leidde. |
| |
| Ze zijn ook helderder dan sprites en, zoals geïmpliceerd door hun naam, blauw van kleur. Aangenomen wordt dat de kleur het gevolg is van een reeks blauwe en bijna-ultraviolette emissielijnen van neutrale en geïoniseerde moleculaire stikstof. Ze werden voor het eerst opgenomen op 21 oktober 1989, op een monochrome video van een onweersbui aan de horizon, genomen vanuit de Space Shuttle terwijl deze boven Australië vloog. Blauwe jets komen veel minder vaak voor dan sprites. |
|
|
 |
Gigantische jet gezien vanaf de top
van Mauna Kea, Hawaii |
|
| |
| In 2007 waren er minder dan honderd afbeeldingen verkregen. Het merendeel van deze afbeeldingen, waaronder de eerste kleurenafbeeldingen, wordt geassocieerd met een enkele onweersbui. Deze zijn gemaakt tijdens een reeks vliegtuigvluchten uit 1994 om sprites te bestuderen. Meer recentelijk zijn de bron en vorming van blauwe jets waargenomen vanuit het Internationale Ruimtestation. |
| |
| Blue starters |
| Blauwe starters werden ontdekt op video van een nachtelijke onderzoeksvlucht rond onweersbuien en lijken een opwaarts bewegend lichtfenomeen te zijn dat nauw verwant is aan blauwe jets. Ze lijken korter en helderder te zijn dan blauwe jets en bereiken hoogten. van slechts maximaal 20 km. |
| |
| Gigantic jets |
Waar wordt aangenomen dat blauwe jets beginnen tussen het bovenste positieve ladingsgebied en een negatieve afschermingslaag direct boven
dit gebied, lijken gigantische jets te initiëren als een intrawolkflits tussen de middelste negatieve en bovenste positieve ladingsgebieden in de onweerswolk. De negatief geladen leider ontsnapt vervolgens vanuit de wolk naar de ionosfeer voordat hij zich in de wolk kan ontladen.
Gigantische jets bereiken grotere hoogten dan blauwe jets en eindigen op 90 km. Hoewel ze visueel lijken op sprites van het worteltype,
verschillen gigantische jets doordat ze niet geassocieerd zijn met bliksem van wolk naar aarde en zich langzamer voortplanten vanuit de wolk. |
| |
| Andere types |
| ELVES |
| De ELVES (Emission of Light and Very low-frequency verstorings from Electromagnetic pulse Sources), of halo’s, nemen de vorm aan van zwak lichtgevende schijven of ringen, afhankelijk van waarnemers en verschijnen tijdens krachtige bliksem, aan de basis van de ionosfeer op een hoogte van ongeveer honderd kilometer en hebben een diameter bereik van 400 km. |
| |
| Deze schijven lijken te worden veroorzaakt door elektromagnetische pulsen, die het gevolg zijn van een storm, die zich in alle richtingen voortplanten, een bol vormen en elektronen versnellen. Wanneer deze bol een hoogte van ongeveer 100 kilometer bereikt, lichten de stikstofgasmoleculen in de atmosfeer op, na hun excitatie tijdens botsingen met de versnelde elektronen. De waargenomen schijfvorm is te wijten aan de kruising tussen deze bol en deze vlakke laag van de atmosfeer. Door hun korte duur van ongeveer 1 tot 5 milliseconden en hun hoogte zijn ze moeilijk waar te nemen vanaf de grond. Hun kleur bleef lange tijd een raadsel, maar nu wordt aangenomen dat ze een rode tint hebben |
|
|
 |
| Afbeelding-5 |
|
| |
5: De foto toont een van de ELVES. De bliksem die het veroorzaakte, vond plaats in Polverigi, AN, Italië, op een afstand van 285 km.
De kracht ervan, geschat op ongeveer 410 kA (kilo-ampère), wat een orde van grootte sterker is dan een normale bliksem 10 tot 30 kA
genereerde een intense elektromagnetische puls. De rode ring markeert waar de puls de ionosfeer van de aarde raakt. De duur van de bliksem
is ongeveer één milliseconde, de "donut" heeft een diameter gemeten vanaf de foto van ongeveer 360 km en een hoogte boven de grond van
ongeveer 90/100 km. De afstand voor dit type foto moet tussen de 100 en 600 km liggen. |
| |
| TROLLs |
| TROLLs (Transient Red Optical Luminous Lineaments) komen voor na sterke sprites en verschijnen als rode vlekken met zwakke staarten, en op snellere camera's verschijnen ze als een snelle reeks gebeurtenissen, beginnend als een rode gloed die zich vormt na een sprite-rank, die produceert later een rode streep naar beneden vanaf zichzelf. Ze lijken op straalvliegtuigen. |
| |
| Pixies |
Pixies werden voor het eerst waargenomen tijdens het STEPS-programma in de zomer van 2000, een veldprogramma dat de elektrische
kenmerken van onweersbuien op de High Plains onderzocht. Een reeks ongebruikelijke, witte lichtgevende gebeurtenissen bovenop de onweersbui werd waargenomen gedurende een periode van 20 minuten, die elk gemiddeld 16 milliseconden duurden. Ze werden later pixies genoemd.
Deze Elves hebben een diameter van minder dan 100 meter en hebben niets te maken met bliksem. |
| |
| Ghosts |
| Ghosts (GreenisH Optical emissie van Sprite Tops) zijn zwakke, groene gloed die verschijnen binnen de voetafdruk van een rode sprite, die achterblijven nadat het rood is verdwenen en binnen milliseconden vervagen. Het eerste spectroscopieonderzoek om de dynamiek en chemie van Ghosts te analyseren werd geleid door de Atmospheric Electricity-groep van het Instituut voor Astrofysica van Andalusië (IAA). Deze experimentele campagne rapporteerde dat de belangrijkste bijdragers aan de groenachtige tint van een enkele gebeurtenis die in 2019 werd geregistreerd, atomair ijzer en nikkel, moleculaire stikstof en ionische moleculaire zuurstof waren. Er werd ook een zwakke, maar zekere, bijdrage van atomaire zuurstof, atomair natrium en ionisch silicium gedetecteerd. |
| |
| Gnomes |
Een Gnome is een soort bliksem: een kleine, korte lichtpiek die naar boven wijst vanaf de aambeeldtop van een onweerswolk, veroorzaakt doordat sterke opwaartse luchtstromen vochtige lucht boven het aambeeld duwen. Het duurt slechts een paar microseconden. Het is ongeveer 200 meter breed en maximaal 1 kilometer hoog. De kleur is onbekend, aangezien deze alleen in zwart-witbeelden is waargenomen. De meeste bronnen
noemen ze onofficieel Gnomes. |
| |
|
|
|
|
|
|
