جن سرخ (هواشناسی)

[بندانگشتی|عمودی=۱٫۳|یک اسپرایت بر فراز [جنوب شرق آسیا همان‌طور که از فضا دیده می‌شود]]

**جن سرخ** یا **اشباح سرخ** یا **ارواح قرمز** یا **اسپرایت** (به انگلیسی: Sprite) تخلیه‌های الکتریکی در مقیاس بزرگ هستند که در مزوسفر، در ارتفاعات بالای ابرهای طوفان‌زا یا کومولونیمبوس، رخ می‌دهند و طیف متنوعی از اشکال بصری را به وجود می‌آورند که در آسمان شب سوسو می‌زنند. آن‌ها معمولاً توسط تخلیه‌های آذرخش مثبت بین یک ابر طوفان‌زای زیرین و زمین ایجاد می‌شوند.

خلاصه
اسپرایت‌ها به صورت درخشش‌های سرخ-نارنجی نورانی ظاهر می‌شوند. آن‌ها اغلب به صورت خوشه‌ای در ارتفاع ۵۰ تا ۹۰ کیلومتر (۳۱ تا ۵۶ مایل) بالاتر از تروپوسفر رخ می‌دهند. گزارش‌های بصری پراکنده از اسپرایت‌ها حداقل به سال ۱۸۸۶ بازمی‌گردد. اولین عکس از آن‌ها در تاریخ ۴ ژوئیه ۱۹۸۹، توسط دانشمندان دانشگاه مینه‌سوتا گرفته شد و پس از آن هزاران بار در ضبط‌های ویدیویی ثبت شده‌اند.

اسپرایت‌ها گاهی به اشتباه آذرخش جو فوقانی نامیده می‌شوند. با این حال، آن‌ها پدیده‌های پلاسمای سردی هستند که فاقد دمای بالای کانال آذرخش‌های تروپوسفری می‌باشند، بنابراین بیشتر شبیه تخلیه‌های لامپ فلورسنت هستند تا تخلیه‌های آذرخش. اسپرایت‌ها با پدیده‌های نوری مختلف دیگر جو فوقانی، از جمله جت‌های آبی و ELVES در ارتباط هستند.



ISS-44 Red Sprites, northwest Mexico.jpg|یک اسپرایت در افق، با آذرخش در زیر آن در تروپوسفر و بالاتر از خط سبز هواتاب در مزopause فوقانی و مرز فضا. (نور درخشان بالا، ماه است).

bigRed-Sprite.jpg|اولین تصویر رنگی از یک اسپرایت که از یک هواپیما گرفته شده است.

sprite seen from space.jpg|یک اسپرایت بر فراز لائوس، که از ایستگاه فضایی بین‌المللی دیده می‌شود.

Sprites in stack of images from Global meteor network camera.jpg|اسپرایت‌ها بر فراز آلپ، نزدیک به تریگلاو، که در مجموعه‌ای از تصاویر دوربین HR000P شبکه جهانی شهاب‌سنگ (۲۰۲۰-۰۹-۲۳) به تصویر کشیده شده است.



تاریخچه
اولین گزارش شناخته‌شده مربوط به تویْن‌بی (Toynbee) و مک‌کنزی (Mackenzie) در سال ۱۸۸۶ است. سی.تی.آر. ویلسون، برنده جایزه نوبل، در سال ۱۹۲۵ بر اساس مبانی نظری پیشنهاد کرد که فروپاشی الکتریکی می‌تواند در جو فوقانی رخ دهد و در سال ۱۹۵۶ خود او چیزی را مشاهده کرد که احتمالاً می‌توانسته یک اسپرایت باشد. آن‌ها برای اولین بار در ۶ ژوئیه ۱۹۸۹ به صورت عکاسی مستند شدند، زمانی که دانشمندان دانشگاه مینه‌سوتا با استفاده از یک دوربین فیلم‌برداری مخصوص نور کم، به‌طور تصادفی اولین تصویر از چیزی را که بعدها به عنوان اسپرایت شناخته شد، ثبت کردند.

چندین سال پس از کشف، به دلیل ماهیت گریزانشان، نام اسپرایت‌ها (ارواح هوا) بر اساس موجود افسانه‌ای همنامشان برای آن‌ها انتخاب شد. از زمان ثبت ویدیویی در سال ۱۹۸۹، اسپرایت‌ها از روی زمین، از هواپیما و از فضا تصویربرداری شده‌اند و به موضوع تحقیقات فشرده تبدیل شده‌اند. یک ویدیوی برجسته با سرعت بالا که توسط توماس اَش‌کرفت، جیکوب ال. هارلی، متیو جی. مک‌هارگ و هانس نیلسن در سال ۲۰۱۹ با سرعت حدود ۱۰۰٬۰۰۰ فریم بر ثانیه ضبط شد، به اندازه‌ای سریع است که جزئیات بهتری از چگونگی توسعه اسپرایت‌ها ارائه می‌دهد. با این حال، طبق وبلاگ APOD ناسا، با وجود ثبت در عکس‌ها و فیلم‌ها برای بیش از ۳۰ سال، «علت اصلی» آذرخش اسپرایت همچنان ناشناخته است، «به جز یک ارتباط کلی با آذرخش مثبت ابر به زمین.» ناسا همچنین اشاره می‌کند که همه طوفان‌ها آذرخش اسپرایت را نشان نمی‌دهند.

در سال ۲۰۱۶، اسپرایت‌ها در حین عبور توفند متیو از دریای کارائیب مشاهده شدند. نقش اسپرایت‌ها در چرخندهای حاره‌ای در حال حاضر ناشناخته است.

ویژگی‌ها


upperatmoslight1.jpg|انواع مختلف پدیده‌های الکتریکی در جو

sprite from ISS.jpg|یک اسپرایت که از ایستگاه فضایی بین‌المللی دیده می‌شود (بالا سمت راست، قرمز کم‌رنگ بالای آذرخش)

sprite from ISS (cropped).jpg|تصویر اسپرایت از ایستگاه فضایی بین‌المللی؛ بزرگ‌نمایی شده

red sprite.jpg|نمایی دیگر از اولین کلیپ رنگی از اسپرایت.



اسپرایت‌ها بر فراز آمریکای شمالی، آمریکای مرکزی، آمریکای جنوبی، اروپا، آفریقای مرکزی (زئیر)، استرالیا، دریای ژاپن و آسیا مشاهده شده‌اند و گمان می‌رود که در اکثر سیستم‌های بزرگ طوفان تندری رخ می‌دهند.

راجر (۱۹۹۹) سه نوع اسپرایت را بر اساس ظاهر بصری آن‌ها دسته‌بندی کرد.

اسپرایت عروس دریایی (Jellyfish sprite): بسیار بزرگ، تا ابعاد ۵۰ در ۵۰ کیلومتر (۳۱ در ۳۱ مایل).
اسپرایت ستونی (Column sprite یا C-sprite): تخلیه‌های الکتریکی در مقیاس بزرگ بر فراز زمین که هنوز به‌طور کامل درک نشده‌اند.
اسپرایت هویجی (Carrot sprite): یک اسپرایت ستونی با شاخک‌های بلند.
اسپرایت‌ها در نواحی بالایی خود به رنگ سرخ-نارنجی و در قسمت پایین دارای شاخک‌های آویزان مایل به آبی هستند و ممکن است قبل از آن‌ها یک هاله مایل به قرمز ظاهر شود. آن‌ها طولانی‌تر از تخلیه‌های عادی استراتوسفری پایینی دوام می‌آورند (که معمولاً چند میلی‌ثانیه طول می‌کشند) و معمولاً توسط تخلیه‌های آذرخش مثبت بین ابر طوفان‌زا و زمین ایجاد می‌شوند. اگرچه اسپرایت‌های ایجاد شده توسط صاعقه‌های منفی به زمین نیز مشاهده شده‌اند. آن‌ها اغلب به صورت خوشه‌هایی از دو یا چند عدد ظاهر می‌شوند و معمولاً محدوده ارتفاعی ۵۰ تا ۹۰ کیلومتر (۳۱ تا ۵۶ مایل) را در بر می‌گیرند، با چیزی که به نظر می‌رسد شاخک‌هایی به سمت پایین آویزان و شاخه‌هایی به سمت بالا کشیده شده‌اند.

تصویربرداری نوری با استفاده از یک دوربین سرعت بالا با سرعت ۱۰٬۰۰۰ فریم بر ثانیه نشان داد که اسپرایت‌ها در واقع خوشه‌هایی از گلوله‌های کوچک یونیزاسیون در مقیاس دکامتر (۱۰ تا ۱۰۰ متر یا ۳۳ تا ۳۲۸ فوت) هستند که از ارتفاع حدود ۸۰ کیلومتر (۵۰ مایل) پرتاب شده و سپس با سرعتی تا ده درصد سرعت نور به سمت پایین حرکت می‌کنند و چند میلی‌ثانیه بعد، مجموعه جداگانه‌ای از گلوله‌های یونیزاسیون در حال حرکت به سمت بالا به دنبال آن‌ها می‌آید. اسپرایت‌ها ممکن است تا ۵۰ کیلومتر (۳۱ مایل) به صورت افقی از محل برخورد آذرخش زیرین جابجا شوند، با تأخیر زمانی پس از آذرخش که معمولاً چند میلی‌ثانیه است، اما در موارد نادر ممکن است تا ۱۰۰ میلی‌ثانیه نیز باشد.

[بندانگشتی|عمودی=۱٫۳|این ویدیو از [ایستگاه فضایی بین‌المللی|ISS یک اسپرایت سرخ را بر فراز شرق آسیا درست قبل از ثانیه ۰:۰۷، دقیقاً بالای درخشش بزرگ آذرخش در سمت راست بالای کادر، نشان می‌دهد.]]

برای فیلم‌برداری از اسپرایت‌ها از روی زمین، باید شرایط خاصی فراهم باشد: دید واضحی در محدوده ۱۵۰ تا ۵۰۰ کیلومتر (۹۳ تا ۳۱۱ مایل) به سمت یک طوفان تندری قدرتمند با آذرخش مثبت بین ابر و زمین، تجهیزات ضبط حساس به نور قرمز، و آسمانی کاملاً تاریک و بدون نور.

سازوکار (Mechanism)
اسپرایت‌ها در نزدیکی بالای مزوسفر در ارتفاع حدود ۸۰ کیلومتری در پاسخ به میدان الکتریکی ایجاد شده توسط درخشش‌های آذرخش در طوفان‌های تندری زیرین رخ می‌دهند. هنگامی که یک صاعقه مثبت به اندازه کافی بزرگ، بارها را به زمین منتقل می‌کند، بالای ابر با بار خالص شدیداً منفی باقی می‌ماند. این وضعیت را می‌توان به عنوان یک دوقطبی الکتریکی شبه‌ایستا (quasi-static) مدل کرد و برای کمتر از ۱۰ میلی‌ثانیه، یک میدان الکتریکی قوی در ناحیه بالای طوفان تندری ایجاد می‌شود. در فشار پایین مزوسفر فوقانی، ولتاژ شکست به شدت کاهش می‌یابد و اجازه وقوع یک بهمن الکترونی را می‌دهد. اسپرایت‌ها رنگ قرمز مشخصه خود را از برانگیختگی نیتروژن در محیط کم‌فشار مزوسفر فوقانی می‌گیرند. در چنین فشارهای پایینی، فرونشانی توسط اکسیژن اتمی بسیار سریع‌تر از نیتروژن است، که به گسیل‌های نوری نیتروژن اجازه می‌دهد تا با وجود عدم تفاوت در ترکیب جو، غالب شوند.

هاله اسپرایت (Sprite Halo)
اسپرایت‌ها گاهی اوقات، حدود ۱ میلی‌ثانیه قبل از وقوع، با یک هاله اسپرایت (Sprite Halo) همراه هستند. هاله اسپرایت، ناحیه‌ای پنکیک‌مانند از گسیل‌های نوری ضعیف و گذرا به قطر تقریبی ۵۰ کیلومتر (۳۱ مایل) و ضخامت ۱۰ کیلومتر (۶٫۲ مایل) است. این هاله در ارتفاع حدود ۷۰ کیلومتری (۴۳ مایل) بالای صاعقهٔ آغازگر متمرکز شده است. تصور می‌شود این هاله‌ها توسط همان فرایند فیزیکی تولید می‌شوند که اسپرایت‌ها را ایجاد می‌کند، اما در مورد هاله‌ها، یونیزاسیون برای عبور از آستانه مورد نیاز برای تشکیل رشته (streamer) بسیار ضعیف است. آن‌ها گاهی به دلیل شباهت بصری و مدت زمان کوتاهشان، با ELVES اشتباه گرفته می‌شوند.

تحقیقات انجام شده در دانشگاه استنفورد در سال ۲۰۰۰ نشان می‌دهد که برخلاف اسپرایت‌ها با ساختار ستونی عمودی درخشان، وقوع هاله‌های اسپرایت در ارتباط با تخلیه‌های آذرخش عادی (منفی) غیرمعمول نیست. تحقیقات در سال ۲۰۰۴ توسط دانشمندان دانشگاه توهوکو نشان داد که گسیل‌های بسامد بسیار پایین (VLF) همزمان با اسپرایت رخ می‌دهند، که نشان می‌دهد یک تخلیه درون ابری ممکن است باعث تولید اسپرایت‌ها شود.

آسیب‌های مرتبط به هواگردها
اسپرایت‌ها مسئول حوادث غیرقابل توضیح مربوط به عملیات وسایل نقلیه در ارتفاعات بالا بر فراز طوفان‌های تندری دانسته شده‌اند. یک نمونه از این موارد، نقص عملکرد یک بالون استراتوسفری ناسا است که در ۶ ژوئن ۱۹۸۹ از فلسطین، تگزاس پرتاب شد. بالون هنگام پرواز در ارتفاع ۱۲۰٬۰۰۰ فوتی (۳۷٬۰۰۰ متری) بر فراز طوفانی در نزدیکی گراهام، تگزاس، دچار رهاسازی ناخواسته محموله شد. ماه‌ها پس از حادثه، یک تحقیق به این نتیجه رسید که یک «صاعقه آذرخش» که از ابرها به سمت بالا حرکت کرده، باعث این رویداد شده است. نسبت دادن این حادثه به یک اسپرایت به صورت عطف به ماسبق انجام شد، زیرا این اصطلاح تا اواخر سال ۱۹۹۳ ابداع نشده بود.

## منابع

رده:پدیده‌های الکتریکی
رده:آذرخش
رده:پلاسماهای زمینی