藏在狂風暴雨後的“巨型紅水母”,又一種科學破解的神秘現象
2020年09月06日17:26

原標題:藏在狂風暴雨後的“巨型紅水母”,又一種科學破解的神秘現象

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天空中的怪異景象總能給人帶來無限的想像,比如古人將日食視為視為“天狗食日”,把彗星當成“掃把星”。

我們很早就從影視劇里學會了以“鄙人夜觀天象”為開頭的調侃之辭,但如果真的看到天空中從未出現過的現象,往往會將其視為UFO,由此也產生了不少烏龍。

現代科學對很多現象做出瞭解釋,但天空遠不如我們想像那般安寧。上半年廣州塔與東方明珠接閃的場面頗為震撼,但同樣是在雷暴天氣,不知道你是否有見到過漂浮在天空高處的“巨型紅色水母”。

也許你見到過,但一眨眼的功夫這些“紅色水母”就消失不見了,以至於以為自己眼花了,其實這並不是幻覺。

你能在下面這張智利拉西拉天文台的照片中看到什麼:滿天繁星,璀璨的銀河還是位於中部右側的大小麥哲倫星雲呢?但與隱藏在照片左部地平線上的主角相比,這震撼的景象也有些黯然失色。

圖源:P. Horálek/ESO

以下六張放大圖可以幫我們更好地觀察這一神秘物體:在約40分鐘的時間里,遠處山頭出現了一系列紅色帶狀閃光,之後消失的無影無蹤,好像從沒有出現過一樣。

圖源:P. Horálek/ESO

據推測這些紅色閃光極有可能發生在500公里之外,每一個紅色閃光都高達80公里,持續時間僅為幾分之一秒。

這一神秘現象的出現是由於黎明前幾個小時,遙遠的地平線上出現了一場強大的雷暴,於是地球的高層大氣再一次淪為了它們的遊樂場。

這些紅光像莎士比亞筆下《仲夏夜之夢》和《暴風雨》中的精靈那般難以捉摸,於是阿拉斯加大學的戴維斯·森特曼博士將這種天氣現象命名為“精靈(sprite)”。

他認為這個名字“非常適合描述它們的外觀”,而且很容易讓我們想到它們轉瞬即逝的“天性”。

看,精靈是真實存在的——雖然和我們想像的精靈並不一樣,它甚至不是一種生物。

這些精靈其實是發生在雷暴雲或積雨雲以上的大範圍放電現象,呈現出明亮的紅橙色閃光,寬達數公里,高達96公里,穿過平流層、中間層,一直延伸到電離層。電離層是大氣中較脆弱的部分,它標誌著地球環境的終結和太空的開始。

雷暴雲之上的“精靈”

一些精靈有著紅色、藍色或紫色的捲鬚,向下垂向平流層;而另一些精靈則長著像頭髮一樣的紅色絨毛,延伸到電離層。

它們的頭部最亮,下部會在離地面40到24公里的高空消失,最近可以到達雷暴雲的上方,而雷暴雲最高時在地球上空約16公里處。

2015年宇航員在國際空間站發現的精靈

更神奇的是,它們常常是兩個或兩個以上成群出現,最亮的那幾個伴隨著越來越微弱的回聲。

所以這些精靈比我們平常看到的閃電要高得多,在夜空中呈現出各種各樣的形狀,因此又可以分為水母精靈、蘿蔔精靈和柱狀精靈等。

柱狀精靈

但是它們不像閃電那樣常見,而且不容易觀察及拍攝。拍攝它們需要一些特殊的條件,比如清晰的視野和沒有光線的天空,因為雲和雨使觀察更加困難,以及紅光敏感設備等等。

因為精靈只持續十分之一秒,而且常常會被風暴雲遮擋,所以很少有人能從地面上看到它們。

不過2011年在舊金山舉行的美國地球物理聯盟會議上,阿拉斯加大學的一位空間物理學家表示,從地球上看,“它們比金星還要亮”,因此對很長一段時間里都沒人看到它們仍然感到十分驚訝。

我們不知道第一個看到這種現象的人是誰,但最早的報告可以追溯到1730年,當時德國歷史學家約翰·格奧爾格·埃斯特(Johann Georg Estor)就記載了雷暴雨以上的短暫發光現象。

約翰·格奧爾格·埃斯特

他在一本書中提到,自己通過騎馬及步行的方式探索了黑森達姆施塔特的風景地貌,完成了一本有關國家地理的書。之後老師給了他一個提示,讓他去觀察天空。

於是有一天他穿過雷雨雲,爬上了勃格特附近福格爾斯山脈中最高的一座山。置身雨雲之間時,他感到有小水滴在皮膚上,就像露水;到達山頂後,他看到了頭頂上的藍天,身下的雲塊像白色的海洋,從雲塊上發出的光直接飛向天空。

而有關偶遇精靈的報導至少可以追溯到1886年,托因比(Toynbee)和麥肯齊(Mackenzie)對這一現象進行了描述。儘管幾十年來偶爾有飛行員和其他人聲稱看到了這樣的奇怪景象,但直到1989年7月6日,明尼蘇達大學的科學家們才第一次在偶然間拍到了精靈的照片。

那一天,大氣物理學家、長期研究高空現象的約翰·溫克勒(John Winckler)在雙子城東北約64公里的一個天文台,檢查一套將用於為不久後火箭測試的低光度攝像系統。

在這一過程中,攝像機記錄下了地平線上的一道閃光。“它看起來和我所見過的任何東西都不一樣。”溫克勒博士在一次採訪中回憶道。

1990年,他在論文中估計這兩次閃電的長度約為12英里,他指出,這“比雲對地閃電要長得多”,這道向上的閃電究竟是一種偶然,還是一種新的閃電,就像它的顏色一樣都是未知的。

精靈的第一張彩色照片拍攝於1994年

無意中溫克勒和他的學生們成為了第一個在磁帶上捕捉精靈的人,這是一個裡程碑式的意外,使精靈成為一種真實存在的,並且值得研究的現象。

不久後馬歇爾太空飛行中心的科學家們開始從環繞地球飛行的航天飛機拍攝的雷暴錄像帶中搜尋。1990年4月拍攝的一張圖像顯示,在非洲西北部出現了一場強烈的雷暴,頂部明顯出現了大約20英里高的垂直閃光。在此之後他們很快發現了其他相似的圖像。

這些證據都表明飛行員極有可能很早就偶遇過這些“紅色精靈”,不過可能擔心別人認為他們精神不正常所以沒有公佈。

從那以後,越來越多的研究人員開始研究精靈,並將這些事件統一命名為瞬變光學事件(TLEs)。

各種大氣層放電現象

有趣的是,諾貝爾獎得主查爾斯·威爾遜早在1925年就提出,理論上高層大氣可能會發生電擊穿。而且據說在1956年,他目睹了一個可能是精靈的東西。

在2006年2月22日的《地球物理研究快報》中,杜克大學的電氣工程師坎默(Cummer)和他的同事們描述了精靈產生的具體過程。

2005年夏天,他們在科羅拉多州柯林斯堡的野外觀測站,使用一種用於研究爆炸等快速現象的電子相機捕捉到了精靈的圖像。

這種相機最快的幀速率產生的慢動作圖像相當於將一秒鍾的正常速度的視頻拉伸成大約五分鐘的超慢動作,每一幀之間的時間間隔小於一毫秒。

看到精靈的人都很興奮。高速視頻記錄顯示,當它們展開時,粗柱和細帶以高於閃電的速度向上或向下傳播並且產生分支,起爆點通常位於海拔80或90公里的高中層。要從這些起爆點到達平流層,至少要下降30公里。

精靈產生過程

精靈有時候也會被誤稱為“高層大氣閃電”,但它們其實是一種缺乏對流層閃電高溫的冷等離子體現象,它們更類似於螢光燈管放電而不是閃電放電。

閃電是持續時間很短但是電壓很強的電流,而紅色精靈通常很弱,持續時間不會超過幾秒鍾,因此不被認為是特別危險的,然而它們或許與發生在雷暴上空的各種無法解釋的飛機事故有關。

2016年,颶風“馬修”路過過加勒比海時,人們也觀測到了精靈,不過對於精靈在熱帶氣旋中的作用目前尚不清楚。

當時拍到的精靈

而且精靈形成的具體細節還是未知的,科學家們也不知道它們是對天氣起著重要作用,目前還僅僅是好奇而已。

當然你或許對這種神秘的天氣現象也產生了好奇心,想親眼看一看這些神秘的“精靈”,有人也分享了觀測精靈的技巧:

“想在暴風雨期間用肉眼看到它們,需要找一個遠離城市刺眼燈光的避風處,因為霧霾和空氣汙染也會遮擋精靈。然後凝視空中的雷雨雲,同時用紙板遮擋一下視線,避免閃電的影響。預計在風暴最猛烈的時候,它們平均每10分鐘左右就會出現一次。”

P. Horálek. Midsummer night brings sprites — rare phenomenon caught on camera at La Silla. European Southern Observatory. 2015.1.20.

Antonia Čirjak. Is Red Lightning Real? World Atlas. 2020.7.15.

William J. Broad. New Class of Lightning Found High Above Clouds. The New York Times. 1995.6.17.

Brian Clark Howard. Rare, Colorful Lightning Sprites Dance Over Hurricane. National Geographic. 2016.10.3.

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