中高层大气放电

**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，**T**ransient **L**uminous **E**vent_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（**E**missions of **L**ight and **V**ery Low Frequency Perturbations from **E**lectromagnetic Pulse **S**ources，**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