Red Sprites:Αποκαλύπτοντας την επιστήμη πίσω από αυτά τα σπάνια ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Tomasz Wozniak/Shutterstock

Οι κεραυνοί είναι μια δύναμη της φύσης που εμπνέει δέος και έχει πολλές άλλες επιπτώσεις στον άνθρωπο. Ενώ οι περισσότερες από τις αστραπές που βλέπουμε σε μια καταιγίδα είναι λευκός, δεν είναι ασυνήθιστο να βλέπουμε λάμψεις μπλε, κίτρινου ή μωβ κεραυνού από καιρό σε καιρό. Ωστόσο, υπάρχει μια μορφή κόκκινων ενεργειακών αναλαμπές που προέρχονται από τις κορυφές των κεραυνών που μερικές φορές μοιάζουν με ανάποδη μέδουσα. Αυτά τα φλας, γνωστά ως κόκκινα ξωτικά, είναι κάτι που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν βλέπουν ποτέ. Τα κόκκινα ξωτικά προκαλούνται από διεργασίες που ακόμη μελετώνται και έχουν εκτεταμένα αποτελέσματα που μόλις αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε.

Τα κόκκινα ξωτικά είναι ένα από μια οικογένεια φαινομένων που είναι γνωστά ως παροδικά φωτεινά συμβάντα (TLEs). Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, ο κεραυνός εμφανίζεται όταν η ηλεκτρική ενέργεια αναπηδά μέσα στα σύννεφα και μεταξύ του σύννεφου και του εδάφους. Η δραστηριότητα μέσα σε μια καταιγίδα συμβαίνει σε ένα στενό κομμάτι της ατμόσφαιρας που ονομάζεται τροπόσφαιρα και φτάνει μεταξύ 4 και 12 μιλίων πάνω από την επιφάνεια. Ωστόσο, τα κόκκινα ξωτικά, μερικά από τα οποία μπορεί να έχουν πλάτος 30 μίλια, μπορούν να φτάσουν περισσότερα από 50 μίλια πάνω από το έδαφος. Τα κόκκινα ξωτικά συμβαίνουν όταν ένας ισχυρός θετικά φορτισμένος κεραυνός χτυπά το έδαφος και τα ηλεκτρικά φορτία κινούνται κάθετα σε όλο το σύννεφο.

Από το μύθο στο επιστημονικό γεγονός

Για πολλά χρόνια η ύπαρξη κόκκινων sprites και άλλων TLE ήταν απλώς ένας θρύλος. Οι πιλότοι ανέφεραν ότι τους είδαν, αλλά κανείς δεν είχε συγκεντρώσει απτές αποδείξεις της ύπαρξής τους. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι τα κόκκινα ξωτικά εμφανίζονται στην κορυφή των κεραυνών, με αποτέλεσμα να είναι δύσκολο να τα δει κανείς από το έδαφος. Τα κόκκινα sprites εμφανίζονται επίσης πολύ γρήγορα, διαρκώντας μόνο μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Η πρώτη επιβεβαιωμένη παρατήρηση κόκκινων ξωτικών εμφανίστηκε το 1989, όταν ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα απαθανάτισαν ένα ενώ δοκίμαζαν μια τηλεοπτική κάμερα χαμηλού φωτισμού.

Από τότε, οι ερευνητές χρησιμοποιούν παρατηρήσεις από αεροσκάφη και διαστημόπλοια μεγάλου υψόμετρου για τη μελέτη των TLE. Ξεκινώντας το 2018, ένα επιστημονικό όργανο της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), γνωστό ως Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM), καταγράφει κόκκινα sprites και άλλα TLE που είναι πολύ γρήγορα και μικρά για να ανιχνευθούν με επίγειο υλικό. Ένα άλλο όργανο που αναπτύχθηκε από την Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης, γνωστό ως Light-1, πετάει σε έναν μικρό δορυφόρο που ονομάζεται CubeSat που απελευθερώθηκε από τον ISS. Το Light-1 ανιχνεύει λάμψεις ακτίνων γάμμα υψηλής ενέργειας από τις κορυφές του κεραυνού.

Τα ευρείας κλίμακας εφέ των κόκκινων ξωτικών χρωμάτων

Οι επιστήμονες μελετούν τα κόκκινα sprites και άλλα TLE για να ανακαλύψουν τις επιπτώσεις που έχουν στην ατμόσφαιρα και τι μπορούν να μας πουν για την εσωτερική λειτουργία των καταιγίδων. Η ανάλυση των περιοχών που είναι πιο πιθανό να εμφανιστούν TLE σε μια καταιγίδα μπορεί να οδηγήσει σε βελτιωμένο σχεδιασμό ασφάλειας για αεροπορικές εταιρείες που πετούν δρομολόγια όπου τα TLE είναι κοινά. Επιπλέον, αυτές οι εκκενώσεις ενέργειας μπορούν να προκαλέσουν χημικές αντιδράσεις στην ανώτερη ατμόσφαιρα που επηρεάζουν την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται, αντανακλάται και ακτινοβολείται. Η σύνδεση αυτών των πληροφοριών σε κλιματικά μοντέλα μπορεί να βελτιώσει τις προβλέψεις για τη μελλοντική θέρμανση.

Τα TLE απελευθερώνουν επίσης ηλεκτρικά φορτία στην ιονόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που κυμαίνεται από 50 έως 400 μίλια πάνω από την επιφάνεια που είναι γεμάτη με φορτισμένα σωματίδια. Η ιονόσφαιρα είναι σημαντική για ραδιομεταδόσεις μεγάλης εμβέλειας, συμπεριλαμβανομένων των σημάτων από δορυφόρους GPS. Ορισμένες συχνότητες ραδιοκυμάτων διέρχονται από την ιονόσφαιρα ενώ άλλες αναπηδούν από αυτό το στρώμα για να φτάσουν σε απομακρυσμένες τοποθεσίες. Η ενέργεια από τα TLE που περνούν στην ιονόσφαιρα μπορεί έτσι να διαταράξει τις επικοινωνίες.

Το ISS και το ASIM αναμένεται να συνεχίσουν τη συλλογή δεδομένων μέχρι τον προγραμματισμένο παροπλισμό του σταθμού το 2030. Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές εργάζονται σε νέα και βελτιωμένα όργανα που είναι πιο ευαίσθητα και ικανά να ανιχνεύουν ταχύτερα συμβάντα για τη συλλογή περισσότερων δεδομένων για TLE. Σε μερικές δεκαετίες τα κόκκινα sprites έχουν μετατραπεί από φήμη σε επιβεβαιωμένο επιστημονικό γεγονός. Η επόμενη δεκαετία μπορεί να δώσει ακόμη περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτές τις μυστηριώδεις λάμψεις που ήταν τόσο άπιαστες.