Jason Ahrns, az alaszkai-Fairbanks-i egyetemi posztgraduális hallgató, valamint az USA Légierő Akadémia és a Fort Lewis Főiskola többi tudósa - a Nemzeti Tudományos Alapítvány által szponzorált projekt részét képezve - misszióban volt. Ezen a nyáron a csoport elindult az égboltba a Nemzeti Légköri Kutatási Központ Gulfstream V kutató repülőgépén, összesen 30 órát naplózva több járaton, spriteket keresve.
A spritek, más néven vörös villámok, olyan elektromos kisülések, amelyek zivatarok során felhők felett vörös fényszóródás formájában jelennek meg. Mivel az időjárási jelenség annyira átmeneti (a spritek csak milliszekundumban villognak) és nagyrészt nem láthatóak a talajon, nehezen megfigyelhető és még nehezebb fényképezni, inkább mint a fantázia birodalmának csintalan lelkei, akiket megneveztek. Ahrns és kollégái azonban rendkívül ritka fényképeket készítettek a vörös villámokról, a sík ablakába helyezett DSLR kamerák és nagysebességű videokamerák segítségével. A kutatók azt remélik, hogy többet megtudnak a fizikai és kémiai folyamatokról, amelyek spriteket és a felső légköri villámlás más formáit eredményezik.
Milyen a kép a természet legrövidebb és leginkább kiszámíthatatlan képességeiről? Az e-mailen keresztül megkérdeztem Ahrns-t, és elmagyarázta, mi az a sprite, miért fordulnak elő, hogyan találják meg őket a tudósok és miért érdekli őt a megfoghatatlan jelenségek.
Először is, mi az a sprite?
A sprite egyfajta felső atmoszféra elektromos kisülése, amely zivatarokkal jár. Néhány villámlás által generált nagy elektromos mező ionizálja a levegőt magasan a felhő felett, és ezután kibocsátja a képekben látható fényt. Nyilvánvalóan könyörögnek a szokásos villámcsavarokkal, amelyeket állandóan látunk, de szeretnék rámutatni, hogy a spritek sokkal magasabbak, a felsők 100 kilométernél magasabbak és magasabbak. Egy villámcsavar 10 kilométerre nyúlhat a felhőtől a földig, de egy sprite elérheti 50 kilométer magasot.
Egy „medúza” sprite elfogták a Kansasi megye felett, 2013. augusztus 3-án. Kép Jason Ahrns jóvoltából a Flickr-en keresztül.
Milyen körülmények között fordul elő?
Ezek pozitív villámcsapásokkal vannak összekapcsolva, amikor a felhő pozitív töltéssel rendelkezik, és egy villámcsapot enged ki. A negatív löket, a negatív töltés felhalmozódása után, körülbelül tízszer gyakoribb, tehát a spriteket nincsenek szorosan összekapcsolva a leggyakoribb villámlással, de ez sem igazán ritka. Nem csak a pozitív löketnél, annál több töltéssel mozog az ütés során, annál jobb az esélye a lövedéknek. Tehát nagy pozitív töltési-pillanatnyi változást várunk, amely alapvetően a pozitív löket, amelyet súlyozott a töltés mennyi volt. Úgy tűnik, hogy a legtöbb nagy zivatar olyan körülményeket teremt, amelyek spritekhez vezetnek, de néhányuk több, mint mások. Csak egy olyan viharra várunk, amely sok nagy pozitív töltés-pillanatnyi változással rendelkezik, és nézzük meg.
Mi a tudományos háttér? És miért érdeklődött a sprites iránt?
Elsősorban aurora kutató vagyok, ezért dolgozom az UAF-nál. Bekapcsolódtam a spritekbe, mert az egyik diplomás bizottsági tagom szervezi ezeket a kampányokat, és szükségük volt némi extra segítségre. Úgy gondoltam, hogy a spritek lenyűgözőek, és tanácsadója támogatta, hogy egy kicsit elágazzak, ezért reméltem, hogy a csapat fedélzetén találkozom.
Írta: Nebraska, Red Willow County, 2013. augusztus 12-én. Kép Jason Ahrns jóvoltából a Flickr-en keresztül.
Amit megértek, nem sok a vörös villámról, amelyet csak kb. 25 évvel ezelőtt fedeztek fel. Az NSF projekttel mit gondolsz Ön és a többi tudós? Mi a legnagyobb kérdésed?
Ezzel a kampánnyal három kérdésre összpontosítunk. Először: milyen alapvető fizikai és kémiai folyamatok zajlanak? Még mindig nem világos, mi történik pontosan egy sprite-ban, és miért vannak különféle spritek, és milyen feltételek mellett kapunk oszlop sprite-et, például egy sárgarépás sprite-t. (Az összes sprite név csak az alakjára utal.) Ezután a spriteknek nagy a hatása a középső légkörre? A spritek egyértelműen valamilyen energiaátadást képviselnek, de vajon olyan mértékűnek van-e jelentős hatása az időjárásra és az éghajlatra? Nem tudunk erre válaszolni anélkül, hogy megvizsgálnánk őket. És akkor mit tanulhatunk az alapvető szalagfizikáról? A sprite aljáról jönnek az ingek, amelyek „szalagok” - kis ionizációs golyók - mozognak. A szalagok sebessége és élettartama a levegő sűrűségével függ össze, tehát a spritek tanulmányozása a nagyon alacsony sűrűségű felső atmoszférában olyan, mintha egy lassítva nagyítóval nézzük meg a szalagot bár még mindig elég gyorsak!
Hány sprite-vadászati küldetésen vett részt?
Személy szerint ez a második légi kampányom. Az első, 2011-ben összesen 40 levegőben repült, és ez a kampány további 30 órát tett. Ez valószínűleg körülbelül 15ish teljes járatot jelent. Ugyanez a legénység, kivéve engem, egy másik légi kampányt végzett 2009-ben.
Ahrns 2013. augusztus 3-án megragadta ezeket a kék fúvókákat, amelyek látszólag bután öngyújtót látszanak a Kansasi Köztársaság megyei körzetében. A spritekkel ellentétben a kék fúvókákat nem közvetlenül váltja ki villámlás, hanem úgy tűnik, hogy valamilyen módon kapcsolódnak a jégeső viharok. Kép jóvoltából Jason Ahrns a Flickr-en keresztül.
Milyen feltételek, a napszak, az ország területe és a magasság ideálisak ezekre a repülésekre?
A középnyugat termékeny, főleg azért, mert megkapja ezeket az erős éjszakai zivatarokat. Nyilvánvaló, hogy sötétnek kell lennie, de úgy tűnik, hogy az éjszakai időnek nem sok jelentősége van, csak hogy mennyire erős a vihar és mekkora erőteljes pozitív villámot okoz. Figyelembe vesszük, hogy amikor a vihar jó, az oszlop spriteket és a sárgarépa spriteket termel, de ha elhal, úgy tűnik, hogy átvált a ritkább, de nagyobb és fényesebb medúza spritekre. Olyan magasan repülünk, amennyit csak tudunk, általában 41 000 és 45 000 láb között, de ez egyszerűen az, hogy a felhők felett kilátás nyílik. Még mindig a sprites alatt vagyunk.
A villám csak ezredmásodpercig tart, tehát különösen kíváncsi vagyok arra, hogyan fényképezte. Milyen felszerelést használ?
A állóképekhez csak a kamerámat (Nikon D7000 és gyors lencséket) az ablakon kívülre állítottam, és beállítottam az intervallummérőt, hogy a kamera csak folyamatosan képeket készítsen. Aztán később megyek keresztül, és törölöm mindazt, ami nem tartalmaz benne rejtélyt. Ugyanaz az elv, mint a villámfotózáshoz; Úgy tűnik, hogy pontosan meg kell szereznie az időzítést, de valójában csak statisztikai, ha becsúsztat egy csomó képet, az egyikük előbb vagy utóbb valamit megkap. Valószínűleg 1000 képet rendezek minden egyes sprite után, amivel eljöttem.
A nagy sebességű videokamerák esetében a kamera rendelkezik egy pufferrel, amely állandóan átcsavarja az előző, bár sok képkockát, és amikor egy sprite-et látok, egy triggerrel ütöttem rá, hogy a kamera hagyja abba, és mentse el az éppen rögzített képet. Amikor 10 000 képkocka / másodperc sebességgel futunk, a puffer körülbelül egy másodperc alatt megtelik, tehát ennyi ideig kell felismernem egy sprite-t és megnyomnom a gombot. Ez nagyon adó lehet egy lassú éjszakán, amikor 45 percig egyenesen kell figyelned, hogy semmi sem történik, és ennek ellenére készen kell lennie egy kevesebb, mint egy másodperces reakcióidővel.
Le tudja írni a beállítást? Hogyan fényképezhet valójában a sík ablakból?
Egy kép több ezer szót érdemel, igaz?
Ahrns beállítása a repülőgép ablakához közeledik. Kép jóvoltából Jason Ahrns a Flickr-en keresztül.
És a nagy sebességű videó számára ...
Beállítása nagysebességű videó rögzítésére. Kép jóvoltából Jason Ahrns a Flickr-en keresztül.
Internetkapcsolatunk van a repülőgép fedélzetén, így valós időben megfigyelhetjük az időjárási körülményeket. A fenti kamerákat csak a vihar legtermékenyebb részére mutatjuk, és várjuk a spriteket.
Milyen ritka az ilyen fényképeket készített?
Amennyire meg tudom mondani, nagyon ritkák. Van néhány sprite kép, amelyet meteorkamerákkal és webkamerákkal készítenek, de ezek általában alacsony felbontásúak, mivel nagyon távol vannak és széles látószögű lencsét használnak. Láttam két vagy három DSLR-felvétellel készített sprite-képet, ám ezek még mindig a talajtól és jó távolságra vannak, és általában valami másról készítenek felvételeket, amelyek szerencsésévé váltak a háttérben futó sprite-kel. Az az előnye, hogy a levegőben vagyok, közel a sprite-előállító régióhoz, jól kitalálva, hogy hol jelennek meg a spritek, így szűkebb látómezővel rendelkező lencsét használhatok a sprite közelről történő rögzítéséhez.
Ami a kék fúvókák képeit illeti, amennyire meg tudom mondani, ők valójában a DSLR-vel készített fúvókák első képei. Ennek bizonyos értelme van, mert a fúvókák sokkal közelebb vannak a felhők tetejéhez, mint a talajból sokkal nehezebben látható spritek. A levegőben tartás fő előnye.
Átvetésre került a Nebraska Red Willow megyében 2013. augusztus 12-én. Kép Jason Ahrns jóvoltából a Flickr-en keresztül.
Mit találsz ravaszul a képeken, ha van valami?
Azt hiszem, van egy igazán másképp szörnyűség velük. Vegyük például ezt (fent). Megvan ez a szép derűs csillagtér, és néhány hideg, nyugtató kék fény jön fel az alábbiakban. Akkor BLAM! Ez a furcsa, fenyegető, teljesen idegen kinézetű sprite csak átveszi az egész jelenetet, például: 'Itt vagyok, mit fogsz csinálni vele?'
Hans Nielsen, a kampány fő kutatója (és a korábban említett bizottsági tagom) azt mondja, hogy ez (lentebb) a klasszikus holland festményekre emlékezteti, szépia tónusaival és enyhén elmosódott a légköri ködtől.
Átvetve a kanadai megyei Oklahomában 2013. augusztus 6-án. Kép Jason Ahrns jóvoltából a Flickr-en keresztül.
Mit tanultak eddig a spritekről a projektben való részvétellel?
Személyesen? Amikor csatlakoztam a 2011. évi kampányhoz, a Wikipedia bejegyzésén túl semmit sem tudtam a spritekről. Minden este megtanulok többet a kampányokról, hallgattam, amint a többiek előzetesen beszélnek a körülményekről, arról, hogy mit látunk a repülések során, és a repülést követő sörről folytatott „mit tettünk helyesen, mit csináltunk rosszul” beszélgetéseinkről. A többi sráchoz képest még mindig újonc vagyok, de most arra a pontra jutottam, hogy feltehetem a legtöbb közvélemény kérdését a spritekről és a sprite vadászatról.
Hol és mikor repülsz?
Semmi nincs kőben, de nagyon szeretnénk újra repülni jövő nyáron. Remélhetőleg megtehetjük ezt.
