대기권 상층 번개

Upper-atmospheric lightning
대기권 상층 번개와 전기 방전 현상의 표현
NASA 주노 탐사선에 의한 목성 TLE의 발견 이미지.[1]

대기권 상층 번개 또는 전리권 번개는 연구자들이 보통 번개 및 폭풍 구름의 고도보다 훨씬 높은 곳에서 발생하는 단명 전기 분해 현상의 한 가족을 지칭하기 위해 가끔 사용하는 용어다. 대기권 상층 번개는 전기적으로 유발된 발광 플라즈마의 형태로 여겨진다. 상층 대기의 다양한 유형의 전기 방전 현상에 더 친숙한 대류권 번개의 몇 가지 특성이 없기 때문에 선호되는 용도는 과도 발광 사건(TLE)이다.

일시적인 발광 현상은 번개를 일으키는 물 구름의 고도보다 높은 목성의 상층 대기의 극초외선 이미지에서도 관찰되었다.[1][2]

특성.

TLE에는 여러 종류가 있는데, 가장 흔한 것은 스프라이트다. 스프라이트는 폭풍 시스템 위에서 발생하는 밝은 붉은 빛의 섬광이다. C-스프라이트("기둥형 스프라이트"의 줄임말)는 붉은 빛의 수직 기둥에 주어진 이름이다. 힘줄무늬를 전시하는 C-스프레이트를 "카롯 스프라이트"라고 부르기도 한다. TLE의 다른 종류로는 스프라이트 할로, 유령, 블루 제트, 거대한 제트기, 픽스, 그노메, 트롤, 블루 선발기, 엘프 등이 있다. 약자 엘프(Emission of Light and Very Low Frequency Pulse Source)는 일반적으로 복수형으로 생각되는 단일 사건을 가리킨다. TLEs는 뇌우 번개와 관련하여 상층 대기에서 발생하는 2차 현상이다.[3]

TLE는 일반적으로 1밀리초 미만에서 2초 이상 지속된다. TLE의 첫 비디오 녹화는 1989년 7월 6일 연구원인 R.C 프란츠가 밤하늘을 보기 위해 밤새 작동하는 카메라를 남겨둔 채 우연히 포착되었다. 촬영된 영상을 검토할 때 필름을 두 프레임에 손가락 모양의 세로 이미지 두 개가 등장했다. TLE의 다음으로 알려진 비디오 녹화는 1989년 셔틀 미션 STS-34가 메소스케일 번개 관측 실험을 수행할 때 촬영되었다. 1989년 10월 21일 TLE'S는 왕복 44번과 45번 궤도를 도는 동안 기록되었다. TLEs는 최근 기록된 총 이벤트 수(2009년 초)가 수만 건으로 추정될 정도로 다양한 광학 기록 시스템에 의해 포착되었다. 전지구 TLE 발생률은 위성(FORMOSAT-2) 관측을 통해 연간 수백만 건으로 추정되었다.

역사

1920년대에 스코틀랜드의 물리학자 C.T.R. 윌슨은 큰 뇌우 위 높은 대기에서 전기적 고장이 일어나야 한다고 예측했다.[4][5] 그 후 수십 년 동안, 항공기 조종사들에 의해 고고도 전기 방전이 보고되었고 1989년에 최초의 직접 시각적 증거가 기록될 때까지 기상학자들에 의해 할인되었다. 몇 년 후, 이러한 사건들의 광학적 서명은 연구자들에 의해 '스프리트'라고 명명되었는데, 이는 당시에도 여전히 알려지지 않았던 물리적 성질을 의도치 않게 암시하는 것을 피하기 위해서였다. 빨간색 스프라이트와 파란색 제트기라는 용어는 1994년 스프라이트를 연구하기 위한 항공기 연구 캠페인에 이어 비디오 클립이 유포된 후 인기를 얻었다.

스프라이트

주요기사 : 스프라이트(조명)
안티베스에서 본 로마 위의 스프라이트 - 프랑스

스프라이트는 뇌우 구름, 즉 적외선 위에서 발생하는 대규모 방전물로 시각적 형상의 범위가 상당히 다양하다. 그것들은 천둥 구름과 땅 사이에서 긍정적인 번개가 방출되면서 촉발된다.[6] 이 현상들은 셰익스피어의 아리엘이나 퍽과 같은 장난스러운 스프라이트의 이름을 따서 지어졌으며,[7] 또한 "강력한 천둥번개 전기화"에서 비롯된 성층권/주서권 섭동(Mesproperspace Perterference Electrification)의 약칭이기도 하다.[8] 그것들은 보통 적황색 또는 녹청색이며, 아래에는 힘줄이 매달리고 위로는 가지를 아치한다. 그들은 또한 스프라이트 후광으로 알려진 적갈색 후광이 선행될 수 있다. 그들은 종종 지구 표면 위로 50킬로미터(31미)에서 90킬로미터(56미) 떨어져 있는 성단에서 발생한다. 스프라이트는 수천 번 목격되었다.[9] 스프라이트는 뇌우 이상의 고고도 차량 운행과 관련하여 달리 설명되지 않은 사고에 대해 책임을 지고 있다.[10]

  • RedSprite.jpg
  • Sprites-Argentina-2014-02-02.png

  • ISS에서 본 적색 스프라이트

  • Red sprite in Hungary.jpg

제트스

제트기는 대기권 상층 번개의 일종으로 여겨지지만, 그것들은 대류권 번개의 성분이며 뇌우 속에서 시작되어 위로 이동하는 구름 대 공기 방전의 일종인 것으로 밝혀졌다. 대조적으로, 다른 유형의 TLE는 그것에 의해 촉발되었음에도 불구하고 대류권 번개와 전기적으로 연결되지 않는다. 두 종류의 제트기는 파란색 제트기와 거대한 제트기다. 블루 스타터는 블루 제트의 약한 형태라고 여겨진다.[citation needed]

블루제트

하와이 마우나케아 정상에서 본 거대한 제트기.

청색 제트는 천둥 구름의 양전하 상위 영역과 이 충전 영역 위에 존재하는 음의 "경색층" 사이에 "정상적인" 번개가 방출됨에 따라 시작되는 것으로 생각된다. 리더 네트워크의 양극 끝은 음극이 양극 충전 영역을 채우기 전에 음극 충전 영역을 채우고, 이후 양극 리더가 클라우드를 빠져나와 위쪽으로 전파된다. 이전에는 푸른색 제트기가 번개와 직접적인 관련이 없으며, 우박이 있는 것이 어쩐지 그들의 발생으로 이어졌다고 여겨졌다.[11] 그들은 또한 스프라이트보다 더 밝으며, 그들의 이름에서 암시하듯이, 파란색이다. 이 색상은 중성 및 이온화 분자 질소의 청색 및 근광선 방출 라인 세트 때문인 것으로 추정된다. 그것들은 1989년 10월 21일, 우주왕복선이 호주를 지나갈 때 지평선에서 천둥 번개가 치는 단색 비디오에 처음 녹화되었다. 파란색 제트기는 스프라이트보다 훨씬 덜 자주 발생한다. 2007년까지, 100개 미만의 이미지들이 획득되었다. 첫 번째 컬러 이미지를 포함한 이러한 이미지의 대부분은 하나의 뇌우와 연관되어 있다. 이것들은 스프라이트를 연구하기 위해 1994년 일련의 항공기 비행에서 취해졌다.[12] 보다 최근에는 국제우주정거장에서 블루제트의 출처와 형성이 관측되고 있다.[3]

블루 스타터

블루 스타터는 뇌우 주변[13] 야간 연구 비행에서 비디오로 발견되었으며 "블루 제트기와 밀접한 관련이 있는 상향 이동 발광 현상"[14]으로 보인다. 이들은 파란색 제트기보다 짧고 밝은 것으로 보이며 최고 20km의 고도에 도달한다.[15] "블루 스타터는 결코 성공하지 못하는 파란색 제트기로 보인다." 라고 닥터 페퍼는 말한다. 빅터 P. 파스코 전기공학과 부교수님.[16]

거대 제트기

청색 제트가 이 지역 바로 위의 음극 선별층과 상위 양극 영역 사이에서 시작된다고 생각되는 경우, 거대한 제트는 천둥 구름의 음극 전하 영역과 하위 음극 전하 영역 사이에서 시작되는 것처럼 보인다. 파란색 제트기가 형성되는 방식과 유사한 과정으로, 높은 충전 영역은 낮은 충전 영역에서 동일한 현상이 발생하기 전에 리더 네트워크에 의해 방출되며, 리더 네트워크의 한쪽 끝은 클라우드에서 전리층을 향해 위쪽으로 전파된다. 거대한 제트기는 푸른 제트기보다 높은 고도에 도달하고, 제트기의 윗부분은 파란색에서 빨간색으로 변한다.[citation needed]

관측치

2001년 9월 14일, 아레시보 천문대의 과학자들은 대기로 약 70km(45mi)에 달하는 거대한 제트기를 촬영했다.[17] 그 제트기는 바다 위의 폭풍우 위에 위치해 있었고, 1초도 걸리지 않았다. The jet was initially observed to be traveling up at around 50 km/s (110,000 mph; 180,000 km/h) at a speed similar to typical lightning, increased to 160 and 270 km/s (360,000–600,000 mph; 580,000–970,000 km/h), but then split in two and sped upward with speeds of at least 2,000 km/s (4,500,000 mph; 7,200,000 km/h) to the ionosphere where it then 밝은 빛으로 퍼지다

네이처에 따르면 2002년 7월 22일 대만에서 남중국해 상공에서 길이 60~70km(35~45mi)의 초대형 제트기 5대가 관측됐다.[18][19] 이 제트기는 1초도 채 되지 않아 연구원들이 거대한 나무와 당근에 비유한 모양과 함께 지속되었다.

2012년 11월 10일 중국과학게시보는 2010년 8월 12일 중국 본토에서 뇌우(뇌우)를 동반한 거대한 제트기 사건이 발생했다고 보도했다. 중국 동부에서 명확히 기록된 GJ 이벤트([20]폭풍센터는 35.6N,119.8E, 황해해 부근)

2014년 2월 2일, 아르헨티나 오로 베르데 천문대는 남부 엔트레 리오스 지역에서 뇌우에서 관측된 10개 이상의 거대한 제트기 사건들을 보고했다. 폭풍의 중심은 로사리오 시 근처에 있는 33°S, 60°W에 위치해 있었다.[citation needed]

2016년 8월 13일 사진작가 페베 판은 광둥성[21] 시캉 봉우리에서 페르세우스 운석을 촬영하던 중 광각 렌즈에 거대한 제트기의 선명한 광각 사진을 포착했고, 리후룽은 중국 후난성 자허의 더 먼 곳에서 같은 제트기를 포착했다.[22]

2017년 3월 28일 사진작가 제프 마일즈는 호주 상공에서 4대의 거대한 제트기를 포착했다.[23]

2017년 7월 24일, 하와이 마우나케아 천문대의 제미니 클라우드캠은 한 번의 폭풍우 동안 전리권-높이 중력 파도와 함께 몇 대의 거대한 제트기를 포착했다.[24]

2019년 10월 16일 조종사 크리스 홈즈는 유카탄 반도 인근 멕시코만 상공 3만5000피트(10.6㎞)에서 거대한 제트기의 고해상도 영상을 포착했다.[25] 홈즈의 비디오는 35마일(56km)에서 폭풍우 꼭대기에서 전리층까지 도달하는 푸른 스트리머를 보여주며, 꼭대기에서 빨갛게 된다. 그제서야 찬란한 하얀 번개 리더가 구름 꼭대기에서 천천히 기어나와 거대한 제트기의 약 10% 높이에 도달한 뒤 퇴색한다.

2021년 9월 20일 오후 10시 41분 푸에르토리코 카보 로호에서 NE와 마주보고 있던 사진작가 프랭키 루세나는 이 지역에서 뇌우(뇌우)로 발생한 거대한 제트 플라즈마 사건의 영상을 녹화했다. [26]

엘프

엘프(전자파 펄스 선원에 의한 광 방출 및 초저주파수 섭동)는 대개 1밀리초 동안만 지속되는 직경 약 400km(250mi)의 희미한 평평한 팽창 광선으로 나타나는 경우가 많다.[27] 그것들은 뇌우에서 지상 100km(62mi) 위의 전리층에서 발생한다. 그들의 색깔은 한동안 알려지지 않았지만, 지금은 붉은색으로 여겨진다. 엘프들은 또 다른 셔틀 임무에 처음으로 녹음되었고, 이번에는 1990년 10월 7일 프랑스령 기아나에서 녹음되었다.[14] 그 엘프는 마셜 우주비행센터의 메소스케일 번개실험(MLE)팀이 우주왕복선 비디오에서 발견한 것으로 오타 H 책임연구원이 이끄는 AL."스키트"[citation needed] 본 주니어

엘프는 전자기 펄스 소스로 인한 빛과 초저주파 섭동의 기발한 약자다.[28] 이것은 빛이 생성되는 과정을 가리킨다; 전자 충돌에 의한 질소 분자의 흥분 (기초 뇌우로부터의 방전에 의해 야기된 전자기 펄스에 의해 전자가 통전되었을 가능성이 있다.)[citation needed]

트롤, 픽스, 고스트, 그리고 그노옴

트롤스

TRUL(Transient Red Optical Luminature Lineates)은 강한 스프라이트 다음에 발생하며, 희미한 꼬리를 가진 붉은 반점으로, 고속 카메라에서는 스프라이트 힘줄 다음에 형성되는 붉은 반광으로 시작하여, 나중에 그 자체로부터 붉은 반향을 일으키는 빠른 일련의 사건들로 나타난다. 그것들은 제트기와 비슷하다.[29][30]

픽시스

픽시는 2000년 여름 하이플레인즈에서 천둥번개를 동반한 전기적 특성을 조사하는 다기관 현장 프로그램인 STEPS 프로그램에서 처음 관찰되었다. 천둥 번개 위에서 일련의 특이하고 하얀 발광 사건이 20분 동안 관찰되었고, 각각 평균 16밀리초 동안 지속되었다. 그들은 나중에 '픽시스'로 불렸다. 그들은 지름이 100미터도 안 된다. 그것들은 번개와 관련이 없다.[29]

고스트

유령(Sprite Tops의 흥분된 산소로부터 방출된 녹색)은 붉은 스프라이트 다음에 나타나는 희미한 녹색 빛으로, 밀리초 안에 사라진다.[31] 고스트는 2014년 사진작가 랜디 핼버슨에 의해 처음 기록됐지만, 2019년 전문 폭풍 추적자 행크 쉬마와 폴 M 스미스에게 공식 발굴됐다.[33] 이들 현상에 대한 과학저널은 최근 독특한 '상층권 현상'으로 분류돼 아직 존재하지 않지만, 영상에서는 관찰된 바 있다. 그들의 녹색 빛은 오로라가 녹색으로 보이는 것과 마찬가지로 흥분된 산소 원자로부터 나온다는 관측자들에 의해 가설을 세워졌지만, 이것은 확인되지 않았다.[citation needed]

그노메

Gnomes는 강한 상승기류가 앤빌 위로 습한 공기를 밀어내면서 발생하는 폭풍우 구름의 앤빌 상단에서 위로 향하는 작고 짧은 빛의 스파이크다. 그것들은 단지 몇 마이크로초 동안만 지속된다.[29] 넓이는 약 200m이며, 높이는 최대 1km이다. 흑백 영상에서만 관찰돼 색상은 알 수 없다.[34]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Giles, Rohini S.; Greathouse, Thomas K.; Bonfond, Bertrand; Gladstone, G. Randall; Kammer, Joshua A.; Hue, Vincent; Grodent, Denis C.; Gérard, Jean-Claude; Versteeg, Maarten H.; Wong, Michael H.; Bolton, Scott J. (2020-10-26). "Possible Transient Luminous Events observed in Jupiter's upper atmosphere". Journal of Geophysical Research: Planets. 125 (11): e06659. arXiv:2010.13740. Bibcode:2020JGRE..12506659G. doi:10.1029/2020JE006659. S2CID 225075904.
  2. ^ "Juno Discovers Sprites and Elves on Jupiter". Sky & Telescope. 2020-10-28. Retrieved 2020-10-29.
  3. ^ a b https://www.sciencenews.org/article/space-station-detectors-found-source-weird-blue-jet-lightning
  4. ^ C. T. R. 윌슨(1924) "우뢰구름의 전기장과 그 영향의 일부," 런던물리학회의 의사회, 37(1) : 32D-37D. 상파울루 대학교에서 온라인으로 이용 가능.
  5. ^ Earle R. 윌리엄스(2001년 11월) "스프라이트, 요정, 야광 방출관," 물리학 오늘, 54 (11) : 41–47. 온라인 이용 가능 시간: 물리학 오늘 2012년 5월 27일 오늘 아카이브.
  6. ^ Boccippio, D. J.; Williams, E. R.; Heckman, S. J.; Lyons, W. A.; Baker, I. T.; Boldi, R. (August 1995). "Sprites, ELF Transients, and Positive Ground Strokes". Science. 269 (5227): 1088–1091. Bibcode:1995Sci...269.1088B. doi:10.1126/science.269.5227.1088. PMID 17755531. S2CID 8840716.
  7. ^ 128페이지부터: John Friedman, Out of the Blue: A History of Furning (뉴욕, 뉴욕: Random House, Inc., 2008):
    "알래스카 대학의 데이비스 센트먼 박사는 이러한 발광 유령 같은 현상을 연구하는 몇 안 되는 과학자들 중 한 명으로서 셰익스피어의 장난기 가득한 공기 - 템페스트의 아리엘과 "한여름 밤의 꿈"의 퍽의 이름을 따서 섬뜩한 색광의 섬광이라고 명명했다.
  8. ^ "Sprites and Elves in the Atmosphere Penn State University".
  9. ^ 월터 A. 라이온스와 마이키 D. 슈미트(2003년). P1.39 비공식 과학 교육의 기회로서 붉은 스프라이트의 발견. 미국기상학회 2009년 2월 18일에 회수되었다.
  10. ^ STRATOCAT – Stratospheric balloons history and present. "Full report on the uncontrolled free fall of a stratospheric balloon payload provoked by a Sprite".
  11. ^ 청색 제트의 프랙탈 모델, 청색 출발기의 유사성, 적색 스프라이트와의 차이
  12. ^ '빨간 스프라이트 & 블루 제트 – 비디오'[1], '블루 제트 & 블루 출발 장치 – 비디오'[2].
  13. ^ 'Blue Jets & Blue Starters – the video' 클립[3]에서 예를 볼 수 있다.
  14. ^ a b Boeck, W. L.; et al. (May 1998). "The Role of the Space Shuttle Videotapes in the Discovery of Sprites, Jets, and Elves". Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 60 (7–9): 669–677. Bibcode:1998JASTP..60..669B. doi:10.1016/S1364-6826(98)00025-X.
  15. ^ 2008년 5월 11일 웨이백 머신에 보관된 파란색 제트기
  16. ^ 파란색 제트기의 프랙탈 모델, 파란색 시작기는 유사성을 보여주며, 빨간색 스프라이트와 차이점
  17. ^ Pasko, Victor P.; Stanley, Mark A.; Mathews, John D.; Inan, Umran S.; Wood, Troy G. (2002). "Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere". Nature. 416 (6877): 152–154. Bibcode:2002Natur.416..152P. doi:10.1038/416152a. PMID 11894087. S2CID 1933570.
  18. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2007-07-02. Retrieved 2007-04-21.CS1 maint: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  19. ^ 거대한 제트기가 카메라에 잡혔다.
  20. ^ Yang, Jing; Feng, Guili (2012). "Chinese Science Bulletin 2012, Vol. 57 DOI: 10.1007/s11434-012-5486-3". Chinese Science Bulletin. 57 (36): 4791. Bibcode:2012ChSBu..57.4791Y. doi:10.1007/s11434-012-5486-3.
  21. ^ "Spaceweather.com Time Machine". spaceweather.com. Retrieved 2016-08-16.
  22. ^ "Sprites Lightning".
  23. ^ "Gigantic jets over Australia".
  24. ^ "Gigantic Jet Lightning Near Hawaii". youtube.com. Archived from the original on 2021-12-15. Retrieved 2021-12-13.
  25. ^ 필립스, T. (1919년 10월 25일). 거대한 제트기와 아슬아슬하게 마주쳤다. https://spaceweatherarchive.com/2019/10/25/close-encounter-with-a-gigantic-jet/에서 검색됨
  26. ^ "NASA Picture of the Day".
  27. ^ 엘프, 입문자: 번개에서 발생하는 전자파 펄스에 의한 전리권 가열
  28. ^ 무료 사전 – 엘프
  29. ^ a b c B. A., Earth Sciences. "How Sprites Are Studied". ThoughtCo. Retrieved 2020-07-10.
  30. ^ "Atmospheric-Phenomena". castle-kaneloon.tripod.com. Retrieved 2020-07-10.
  31. ^ Phillips, Dr Tony (2020-05-31). "Introducing, the Green Ghost". Spaceweather.com. Retrieved 2020-07-10.
  32. ^ http://www.slate.com/blogs/bad_astronomy/2014/09/18/red_sprites_and_green_airglow_randy_halverson_video_of_rare_sights.html
  33. ^ Schyma, Hank (2019-05-25). "Red sprites and blue jets explained - New discovery!". YouTube. Archived from the original on 2021-12-15.
  34. ^ Lyons, Walter; Nelson, Thomas; Armstrong, Russell; Pasko, Victor; Stanley, Mark (2002-11-19). "UPWARD ELECTRICAL DISCHARGES FROM THUNDERSTORM TOPS" (PDF).

외부 링크