Sprites

“Red Sprites”

…blev de opkaldt, efter de i 1989 blev fotograferet af amerikanske forskere fra University of Minnesota. Det skete ved en ren tilfældighed, de havde aldrig været fotograferet tidligere, men der havde været beretninger om nogle fjerne røde glimt på himlen, så der har formodentlig været tidligere visuelle observationer, men man har ikke vidst hvad det var. Navnet kommer af, at de ligner “air spirits” altså luftånder. Ofte kaldes de bare sprites. Den danske betegnelse er “røde feer“.

Sprites minder måske lidt om lyn, fordi der er et kort glimt, i form af en aflang struktur på himlen og de udløses over kraftigt tordenvejr, men sprites består af kold plasma, i modsætning til de ekstremt varme lyn.  Efter 1989, da de første billeder blev taget, begyndte videnskaben at interessere sig for fænomenet. Den 15. august 2012 blev sprites fotograferet i Danmark – for første gang.

Sprites1-2

Sprites er kæmpestore, de dannes i en højde af 50-95 kilometer, de opstår få millisekunder efter et kraftigt lyn i tordenvejret nedenunder. Man regner med at kun ganske få lyn er i stand til at producere sprites. Almindelige negativt ladede lyn kan have en strømstyrke på 30.000 ampere, positivt ladede lyn udspringer som regel fra toppen af en velvoksen tordensky og kan have en strømstyrke på 300.000 ampere. Når disse kæmpelyn slår ned, kan de samtidigt trigge sprites højt oppe i mesosfæren. Effekten i sprites kan være så stor som 5-50 gigawatt. (ref. University of Alaska Fairbanks)

Sprites opstår sjældent alene, ofte ses en gruppe af gulerodslignende strukturer i den samme udladning. De kan også have form som en gople med underhængende tentakler, de kan også blot have en simpel pæleform. Sprites kan følge umiddelbart efter en svag sprite-halo i en højde af omkring 70 km. I visse tilfælde opstår bare den svage halo, uden at trigge en rigtig sprite. I nogle tilfælde kan der dannes en meget stor vandret halo ovenover en kraftig sprite, i en højde af omkring 100 km, de kaldes elver (ikke at forveksle med den mindre sprite-halo). Elver er meget svage og kan være 400 km i diameter. I stratosfæren mellem tordenvejret og de højtliggende sprites, kan der forekomme “Blue Jets”, der udspringer fra toppen af tordenskyen og skyder opad. De blå jets er en elektrisk udladning fra skyen, der ikke udlades som et normalt lyn nedad.sprites_mv-grafik

Skitsen viser et tordenvejr nederst, lige over tordenskyen skyder en blå jet op i stratosfæren. Højere oppe producerer de elektriske spændinger en rød fe (sprite) med ”spritehalo“ – og øverst dannes den store lyssvage elver. (Grafikken er en kombination af foto og tegning)

Sprite

Sprites består af mindre kugler af ioniseret plasma, med en størrelse på 10-100 meter, de opstår eller starter i en højde af omkring 80 km, hvorefter der sker en nedadgående bevægelse med meget høj hastighed (1/10 af lysets hastighed), efterfulgt af en opadgående strøm af ioniserede kugler. Billedet herover er den danske optagelse, herunder ses en high-speed video, optaget af forskere, der viser forløbet i dannelsen af sprites:

[youtubegallery]

[/youtubegallery]

Kosmiske stråler

Nogle teorier går på, at ”cosmic rays”, altså ultrahøj-energiske partikler fra kosmos, kan udløse et såkaldt ”runaway breakdown” i et elektrisk felt, en slags lavine af elektroner, der kan udløse lyn og røde feer. Ifølge Helio Takai (Brookhaven National Laboratory), kan målinger af de elektriske felter i en tordensky, ikke forklare udløsningen af et lyn – spændingen er simpelthen ikke høj nok til at udløse lyn-udladningen. Takai offentliggjorde i april 2014, at han vil anvende den største detektor til kosmiske stråler på den nordlige halvkugle, den befinder sig i Utah, sammen med en serie lyn-detektorer, der kan registrere lyn i 3-D, til at studere den mulige sammenhæng. Han håber på at kunne påvise (eller afvise), at kosmiske stråler er den udløsende faktor, i de elektriske felter, der ikke i sig selv kan udløse lyn. Han håber samtidigt, at kunne finde ud af, om der produceres gamma stråler i de store lyn-udladninger, samt blive klogere på den sandsynlige sammenhæng med røde feer. Den konventionelle forklaring på, at det relativt lave elektriske felt alligevel kan skabe elektriske udladninger er, at feltet forstærkes omkring hydrometeorer, som er meget store hagl. Gamma stråler er den mest energirige stråling vi kender, den udsendes især fra supernovaer og neutronstjerner, men en satellit baseret gamma stråle detektor (The Compton Gamma Ray Observatory) har tilsyneladende målt små gamma stråle udladninger fra Jordens atmosfære, i forbindelse med tordenvejr. Det er almindeligt anerkendt, at nogle lynudladninger sender en sværm af elektroner opad med meget stor hastighed, korte gamma stråler opstår når de elektroner afbøjes, ved mødet med atmosfæriske molekyler.

Hvis et tordenvejr er i stand til at producere sprites, ser man ofte flere udladninger i den tid uvejret raser. Mange atmosfæriske lysfænomener kan være svære at fotografere, sprites er ét af de sværeste, mange ting skal gå op i en højere enhed;

  • det skal være nat
  • Månen må ikke lyse himlen for meget op
  • der må ikke være generende lysforurening fx fra gadelamper og bygninger
  • der skal være et meget kraftigt tordenvejr kørende
  • tordenvejret skal generere kraftige positivt ladede lyn mellem sky og jord
  • afstanden til tordenvejret skal være mellem 150 og 500 km
  • der skal være frit udsyn og klart vejr mellem fotografen og uvejret
  • kameraudstyret skal være lysfølsomt, især i det røde område
  • fotografen skal være opmærksom på alt ovenstående
  • kameraets retning, opstilling og indstillinger skal være korrekte
  • og ikke mindst – de kraftigste lyn skal generere sprites
Her er lidt information fra optagelserne af de første danske sprites i 2012:

Et tjek på forskellige lyndetektorer viste et kraftigt tordenvejr, med mange lyn i området mellem England og Danmark – altså i Nordsøen ca. 350 km. mod sydvest. Himlen var fyldt med stjerner og ingen generende månelys, så det så egentlig meget godt ud.

sprites-kort

Et lysfølsomt DSLR kamera (digitalt spejlrefleks) med lysstærkt f/1,2 optik optog video i ca. 3 kvarter, det viste sig at der var 2 udladninger på optagelserne, hver med 5-6 individuelle sprites. På billederne kan man se stjerner, i et planetarieprogram kan de røde sprites derfor placeres på et kort over stjernehimlen på det pågældende tidspunkt. Ud fra stjernerne kan højden over horisonten bestemmes, og med den kendte afstand på 350 km, kan det beregnes at højden over jorden var 60-73,5 km, altså en samlet vertikal udstrækning på 13,5 km og en samlet horisontal udstrækning på 21,5 km.

Sprites-alt

Skitse af højdeberegning, tordenvejrets top var under horisonten og derfor ikke direkte synlig.

Sprites er genstand for forskning verden over, NASA er naturligt nok noget interesseret i om sprites kan være en risiko for rumfarten. Danmark er også med helt fremme, DTU-Space har et projekt under ESO, Den Europæiske Rumorganisation, der fra 2017 skal observere sprites fra ISS, den internationale rumstation. Det er en slags klimaobservatorium i rummet, der kan være med til at afklare om processer i den øvre atmosfære har en væsentlig indvirkning på klimaet hernede på planetens overflade. Projektet kaldes ASIM – Atmosphere-Space Interactions Monitor. Som en forløber til ASIM-projektet, skal den første danske astronaut Andreas Mogensen, allerede i 2015 lave test-billeder af tordenvejr og lysfænomenerne herfra, på hans første tur til den internationale rumstation.

Links:

Videnskab.dk (ASIM)

Videnskab.dk (sprites)

DTU-Space (ASIM)

DTU-Space (sprites)

 

 

 

til_forsiden