中高層大氣放電或中高層大氣閃電指的是一系列發生在中高層大氣的特殊放電現象。因為這種放電現象與對流層閃電較爲不同，所以它們又被稱為瞬態發光事件（TLEs，Transient Luminous Event_s_）。TLEs 包括紅色精靈，藍色噴流，巨大噴流以及淘氣精靈。



歷史

早在 20 世紀 20 年代，蘇格蘭物理學家查爾斯・威耳遜就曾預言過，在雷雨雲之上的高層大氣中也會出現放電現象。但一直到 1989 年 7 月 6 日，明尼蘇達大學的科學家才取得直接的觀察證據。幾年後，這種現象被阿拉斯加大學的科學家命名為「精靈」，以避免其他名稱對當時所知不多的這種現象可能產生的誤解。術語「紅色精靈」和「藍色噴流」在 1994 年的航拍實驗視頻播放後才為公眾所熟知。



紅色精靈

紅色精靈（Red sprites），又名紅閃或紅電光閃靈，是一種發生在積雨雲之上的大規模放電現象，其大小形態變化很大。這種現象是由雲層與地面間的正閃電引起的。紅色精靈通常呈紅橙色，下部為卷鬚狀，上部則有弧形枝狀結構，有時其頂端還會出現淡紅光暈。該現象通常成簇發生在離地面 30～90 公里的高空。紅色精靈在 1989 年 7 月 6 日首次被明尼蘇達大學的科學家拍攝下來，其後在世界各地都觀察到了這種現象。紅色精靈被認為是很多高海拔飛行器無端故障的元兇。

精靈一名來自莎士比亞劇作中出現的精靈（如《暴風雨》中的愛麗兒與《仲夏夜之夢》中的帕克）。



噴流

藍色噴流

藍色噴流（Blue jets）通常呈細錐形，從積雨雲的頂端一直延伸到離地面 40～50 公里的電離層。不像紅色精靈，藍色噴流並非直接由閃電引起（但它們似乎與雷暴中的強冰雹現象有關）。它們比紅色精靈要亮。其藍色可能是來自氮氣分子的發射光譜。藍色噴流在 1989 年 10 月 21 日由一艘經過澳大利亞上空的太空梭初次觀測到。至 2007 年為止，學界只有不到 100 張關於藍色噴流的照片。這些照片絕大多數都是在 1994 年阿拉斯加大學對紅色精靈的一次研究中拍攝的。

藍色啟動器

藍色啟動器（Blue starters）初次發現在一段研究雷暴的夜間飛行記錄的影片中，它被描述成「一種與藍色噴流緊密相關的上行發光現象。」它們要比一般的藍色噴流更亮但卻更短，長度通常不足 20 公里。賓夕法尼亞州立大學的電機工程教授維克多・P・帕斯科（Victor P. Pasko）解釋道：「藍色啟動器似乎是未能成型的藍色噴流。」

巨大噴流

巨大噴流（Gigantic jet），或名巨型噴流，是一類更爲罕見的噴流現象。福爾摩沙衛星二號升空後截至 2012 年 11 月 30 日共觀測到淘氣精靈 21837 例，紅色精靈 1945 例，藍色噴流 3799 例，而巨大噴流僅有 92 例。

2001 年 9 月 14 日，帕斯科等人在阿雷西博天文台拍下了一個長達 70 公里的巨大噴流 —— 比一般噴流的兩倍還要長。該噴流發生在海洋上空一塊積雨雲的頂部，持續了不到一秒。噴流開始時像普通噴流般以 50000 米每秒的速度上行，其後突然分成兩股並加速到約 160000 至 250000 米每秒，在到達電離層後消散。研究者當時僅將這一噴流稱爲「發生在雷暴雲頂和低電離層之間的放電」。

2002 年 7 月 22 日，成功大學物理系教授蘇漢宗等人在南中國海呂宋島附近觀察到了 5 個長度在 60～70 公里之間的噴流，並首次明確地將這類放電稱為巨大噴流。這些噴流只持續了不到一秒，研究者將其形狀比作大樹與胡蘿蔔。

2010 年 8 月 12 日，中國科學家楊靜、馮桂力等人在黃海附近雷暴上方觀測到了一例巨大噴流，噴流的放電頂端距離地面約 89 公里。



極低頻率輻射

淘氣精靈（ELVES）是一種直徑可達 500 公里左右的暗淡平緩的閃光現象，通常只能持續一毫秒。它們通常發生在離積雨雲 100 公里高的電離層中。它們的顏色一直成謎，現在一般相信是紅色。極低頻率輻射在 1990 年 10 月 7 日法屬圭亞那的一次航天任務中首次被觀測到。

「淘氣精靈」得名於其英文縮寫 ELVES（Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources，電磁脈衝源造成的甚低頻擾動與發光現象）。此名稱闡述了發光的原理：電子碰撞導致的氮氣分子激發（電子可能通過雷暴產生的電磁脈衝獲能）。



圖庫

 



參見


* 極光

* 卡塔通博閃電

* 聖艾爾摩之火



參考資料



外部連結


* Homepage of the Eurosprite campaign, itself part of the CAL (Coupled Atmospheric Layers) research group（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* March 2, 1999, University of Houston: UH Physicists Pursue Lightning-Like Mysteries Quote: "...Red sprites and blue jets are brief but powerful lightning-like flashes that appear at altitudes of 40-100 km (25-60 miles) above thunderstorms..."
  
* Ground and Balloon-Borne Observations of Sprites and Jets（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Barrington-Leigh, C. P., "_Elves（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） : Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning (A primer)_". Space Science Lab, Berkeley.

* "_Darwin Sprites '97（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）_ ". Space Physics Group, University of Otago.

* Gibbs, W. Wayt, "_Sprites and Elves : Lightning's strange cousins flicker faster than light itself_". San Francisco. ScientificAmerican.com.

* Barrington-Leigh, Christopher, "_VLF Research at Palmer Station_".

* Sprites, jets and TLE pictures and articles（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* High speed video (10,000 fps) taken by Hans Stenbaek-Nielsen, University of Alaska

* Video Reveals 'Sprite' Lightning Secrets （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Livescience article, 2007.
  
* Video evidence（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Gigantic Jets Over Oklahoma （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） An Astronomy Picture of the Day article with pictures and video of two separate gigantic jets above Oklahoma

* Gigantic jets between a thundercloud and the ionosphere.

* Huge Mystery Flashes Seen In Outer Atmosphere （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Sprite Gallery