שדוני ברקים

שדוני-ברקים (Sprites) הוא הכינוי למגוון תופעות אופטיות-חשמליות המתרחשות מעל סערות ברקים, בפרט מעל עננים מסוג קומולונימבוס, ונוצרות בעקבות התפרקויות של מטענים חיוביים בין הענן והאדמה, או בין ראש הענן ותחתיתו.
השדונים נראים כהבזקים כתומים-אדומים, ומופיעים בדרך כלל בקבוצות בגבהים של 50 עד 90 קילומטרים. לעיתים קרובות מתייחסים לשדונים כאל ברקים הנפרקים בחלקה העליון של האטמוספירה, אך תיאור זה אינו מדויק; השדונים דומים יותר לזוהר הקוטב - עירור של מולקולות באטמוספירה ופליטה של פוטונים, לעומת הברק שהינו זרם של אלקטרונים. תפקידו של הברק ביצירת השדון מסתכם ביצירת התנאים המתאימים לקיומו בלבד.

היסטוריה

ככל הנראה, תועדו שדוני הברקים לראשונה ב-1730 על ידי יוהאן גיאורג אסטור, היסטוריון גרמני, כאשר רכב על סוס בניסיון לחבר ספר על גאוגרפיית גרמניה. אסטור טיפס על הר, מעל ענן סערה וצפה בשמים הכחולים ובים העננים הלבנים שנפרש תחתיו, כלשונו. לתדהמתו, הוא הבחין בברקים העולים מעלה במקום לרדת מטה - מראש הענן ואל השמיים - ואז צונחים אל הקרקע, וציין זאת בהערת שוליים בספר שכתב.
ב-1925 הציע הפיזיקאי חתן פרס נובל צ'ארלס וילסון שהתפרקויות חשמליות יכולות להתרחש בחלקה העליון של האטמוספירה, וב-1956 ייתכן שצפה אף הוא בשדון-ברק. 
עם זאת, רק ב-1989 תועדו שדוני הברקים לראשונה בצילום. מדענים מאוניברסיטת מינסוטה צילמו באופן מקרי ובאמצעות מצלמת וידאו הבזקי אור בשמי הלילה, בעת סערה. מספר שנים לאחר מכן הוחלט לכנות את האובייקטים המסתוריים שדונים (Sprites), זאת בעקבות הדפוס המעגלי המיוחד אותו הציגו בשמיים שהזכיר לחוקרים את השדונים החגים במעגל מתוך מחזהו של ויליאם שייקספיר "חלום ליל קיץ".

מנגנון היווצרות

כאשר מצטבר מטען שלילי בחלקו העליון של ענן הסופה ומטען חיובי בחלקו התחתון כמעט ואין שדה חשמלי מעל הענן. לאחר שנפרק מטען חשמלי חיובי (בצורת ברק) אל הקרקע נותרת ברום הענן שכבת המטען השלילי שיוצרת מעליו שדה חשמלי חזק. שדה חשמלי זה גורם לחימום והאצת אלקטרונים הנמצאים בסביבתו, המתנגשים עם מולקולות דו-חנקן ומייננים אותן. בתהליך זה נפלטים פוטונים בצבעים אדום וכתום הנותנים לשדונים את מראם הייחודי.
רוב השדונים נוצרים בעקבות התפרקויות של ברקים נושאי מטען חיובי (המהווים 5 אחוזים מבין כלל הברקים). חשוב להדגיש שכל שדון נוצר על ידי ברק, אך לא כל ברק יוצר מעליו שדון בשל התנאים המיוחדים שצריכים להתקיים.

מאפייני השדונים

האזור הבהיר ביותר בשדון הברק נמצא בגובה של כ-80 ק"מ מעל פני האדמה. ככל שמנמיכים רדת באטמוספירה יורדת בהירות השדון, כך שמרבית השדונים מופיעים בין 50 ל-100 ק"מ. צבעם האדום-כתום של השדונים נובע מהאנרגיה של הפוטונים שנפלטים מהם בעת ההתפרקות החשמלית, התלויה במולקולה המיוננת. השדונים מופיעים מעט מתחת לרום הענן, בדרך כלל בקבוצות בעלות מאפיינים גאומטריים מעגליים, ומקבלים צורות שונות - ביניהן המזכירות גזרים ענקיים, עצים ומדוזות.
בעולם נצפו שדונים בכל רחבי יבשת אמריקה, אירופה, אוסטרליה ומזרח אסיה - ובעיקר בקיץ. הסיבה לכך היא שכיחותן הגבוהה של סופות ברקים מפותחות בעונה זו של השנה באזורים אלו.

ציד שדונים

את הניסיונות לצילום שדוני ברקים לשם מחקר מכנים "ציד שדונים". הציד נעשה באמצעות מצלמת CCD מהירה במיוחד המצלמת אלפי תמונות בשנייה. המצלמה מכוונת לאזורים עתירי סופות ברקים הממוקמים עד 600 קילומטרים מנקודת התצפית, ומפיקה תמונות באופן אוטומטי עת מבזיק השדון.

חקר שדוני ברקים בישראל

חקר השדונים בישראל החל לתפוס תאוצה בשנת 2003, עת שהה האסטרונאוט הישראלי אילן רמון במעבורת החלל קולומביה. בעת טיסתו, ערך רמון את ניסוי MEIDEX: צילום סופות חול מהחלל במקביל לצילומם מהקרקע. בלילות, בעת שהציוד לא היה בשימוש, צילמו האסטרונאוטים שדוני ברקים שהיו נושא חדש למחקר באותו זמן. בעקבות הערך הרב שהופק מצילומים אלו ולשם הנצחת זכרו של רמון הוקם צוות "אילן" בראשון פרופ' יואב יאיר מהאוניברסיטה הפתוחה ופרופ' קולין פרייס מאוניברסיטת תל אביב שאמון על "ציד" שדונים, והיה לצוות השני בעולם שהצליח לצלם שדוני ברקים בסופות חורף. בתמונה משמאל: קבוצת שדונים שצולמה מאוניברסיטת תל אביב בזמן שסופת הברקים הייתה באזור קפריסין על ידי ד"ר רועי יניב (בזמנו סטודנט תואר שני) מצוות אילן.