高空放電現象簡介

精靈暈盤

精靈暈盤(halo)為扁盤狀的光暈,其直徑小於100公里,發生高度在70到85公里間。

在地面觀測所獲得的資料中,常與紅色精靈一同出現,單獨出現的數量較少。

巨大噴流

 

 成大團隊在2002年7月22日所記錄的 樹狀)左)與蘿蔔狀)右)巨大噴流。噴流頂端寬度約有40公里,
噴流發光體所佔的體積有三萬立方公里,相當於一百億座大型游泳池的容積。

在2002年的觀測季裡,成功大學物理系「紅色精靈研究團隊」7月22日在鵝鑾鼻進行觀測時,
記錄到呂宋島西方海域一個雷雨系統和高層大氣之間的五個巨大噴流,這些噴流起源自十六公里高的雲頂,一直延伸到九十公里的高空。這種特殊的自然現象,全世界的科學家到目前為止只記錄到六例。經過仔細的分析後,成大團隊發現這種型態介於紅色精靈和藍色噴流之間的事件,應是一種新的高空閃電種類。

巨大噴流聯結雲頂和位在九十公里處的電離層,並發出很低頻的電波訊號,顯示它是雷雨雲和電離層之間的閃電,也是一般常見的雷雨雲與地面之間閃電的反例。
此外,一般的雲對地閃電活動,主要的效應之一是維持電離層和地面之間的數十萬伏特電壓。
而此一高空巨大電壓會在遠處晴天區域以擴散電流的形式向下傳送電荷,完成大域電路的迴路。

但這些巨大噴流的作用恰好相反,它們會在發生的地點讓大域電路產生短路,降低電離層和地面之間電壓差。因此,證實了巨大噴流和紅色精靈都是大域電路的新環結,對地球環境有相當的影響。

 

藍色噴流

『藍色噴流』(Blue Jet) 是一種局限在低於40公里大氣層中的一種現象,並且較難觀測,
圖四所示的是藍色噴流的彩色照片。

由照片中可以看出噴流放出深藍色的光茫,這種光線無法輕易的穿過厚重的大氣層底部,
因此要觀測這種現象必須要位於底部大氣層之上。

圖 四、(摘自 Scientific American)

圖 四、(摘自 Scientific American

 

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淘氣精靈(Elves)

淘氣精靈就如同紅色精靈一樣,是一種由閃電所引發的高空發光的現象,它具有火紅色、向外擴張的圈圈餅形狀。其成因是雲對地閃電所發出的電磁脈衝 (electromagnatic pulse),傳遞到電離層的底部後,加熱該處的分子並使它們發出紅色輝光。更精確地說,這種強烈的電磁脈衝是以雲對地閃電為中心,以光速傳遞的電波(如圖六所示)。

當這個電磁脈衝向上傳遞的部分(圓殼部分)傳到約為75至100公里的高度時,電磁波的電場加速電子,這些被加速後的電子會撞擊空氣分子並將其提昇至可以發光的激發狀態。因而產生了以球殼和臨界層之交點為軸心,向外擴張的圈圈狀光環。

圖六

圖六、(摘自 Scientific American

圖七

圖七、發生在南海上空的一個淘氣精靈事件 (成大物理系 紅色精靈研究團隊)。

 

淘氣精靈的英文名字ELVEs 是取Emissions of Light and VLF perturbation due to EMP Sources的幾個英文字頭串接而成的,以彰顯它是由電磁脈衝波所造成發光現象與VLF(Very Low Frequency)的電波擾動。

如此命名也是因為elves恰好是elf (小精靈)的複數形,可以和紅色精靈對應。由於他一閃即逝,有如調皮的小精靈,因此我們特地將它翻譯成為「淘氣精靈」。

 

淘氣精靈和和紅色精靈相類,都是發生在雲對地閃電之後,但發光的時間比紅色精靈短,通常只持續千分之一秒。

由以下所攝得的連續照片可以了解其發生的時序。
(A)當在閃電發生之前,天空是一片黑暗。
(B)閃電由雲端產生,在同一時間亦在中氣層(mesosphere)的高空中引起扁平的ELVES。
(C)一瞬間,紅色精靈自此一部分的大氣中噴出。
(D)最後,ELVES消失只剩下紅色精靈。

圖八-a 圖八-b
A B
圖八-c 圖八-d
C D

圖八: Stephen B. Mende

紅色精靈

第一個彩色紅色精靈影像(摘自Sentman et al, sprite.gi.alaska.edu)

 

『紅色精靈』是一種通常由正雲對地閃電(positive cloud-to-ground lightning strokes),在雲層頂所誘發的高空巨大紅色閃光。

 

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