上層大気の雷

上層大気雷と電離層雷は、研究者が通常の雷や嵐の雲の高度よりかなり高い高度で発生する、短命の電気破壊現象のグループを指すために時々使用する用語です。上層大気雷は、発光プラズマの電気的に誘導された形態であると考えられています。上層大気におけるさまざまな種類の電気放電現象には、より一般的な対流圏雷 のいくつかの特徴が欠けているため、一過性発光現象( TLE ) という使用法が好まれます。

一時的な発光現象は、雷を発生させる水雲の高度よりも高い木星の上層大気の遠紫外線画像でも観測されている。 ^{[1] [2]}

TLE にはいくつかの種類がありますが、最も一般的なのはスプライトです。スプライトは、嵐の上空で発生する明るい赤色の閃光です。C スプライト (「柱状スプライト」の略) は、垂直の赤色の柱に付けられた名前です。巻きひげを見せる C スプライトは、「キャロット スプライト」と呼ばれることもあります。他の種類の TLE には、スプライト ハロー、ゴースト、ブルー ジェット、巨大ジェット、ピクシー、ノーム、トロール、ブルー スターター、ELVES などがあります。頭字語の ELVES (「電磁パルス源による光と超低周波の擾乱の放出」) は、通常複数であると考えられている単一のイベントを指します。TLE は、雷雨の雷に関連して上層大気で発生する二次的な現象です。^[3]

TLE は通常、 1 ミリ秒未満から2 秒以上続きます。TLE の最初のビデオ録画は、1989 年 7 月 6 日に研究者 RC Franz が夜空を見るためにカメラを一晩中作動させたままにしたときに偶然撮影されました。撮影したビデオを確認すると、フィルムの 2 つのフレームに 2 本の指のような垂直画像が現れました。次に知られている TLE のビデオ録画は、1989 年にスペース シャトルミッションSTS-34 がメソスケール雷観測実験を行っていたときに撮影されました。1989 年 10 月 21 日、TLE は軌道 44 と 45 の間に記録されました。

TLE はさまざまな光学記録システムによって記録されており、最近 (2009 年初頭) に記録されたイベントの総数は数万件と推定されています。衛星 ( FORMOSAT-2 ) の観測から、TLE の世界的な発生率は年間数百万件と推定されています。

1920年代、スコットランドの物理学者CTRウィルソンは、大規模な雷雨の上空では電気的な破壊が起こるはずだと予測した。^{[4] [5]}その後数十年にわたり、高高度放電は航空機パイロットによって報告され、気象学者はそれを軽視していたが、1989年に初めて直接的な視覚的証拠が記録された。数年後、研究者はこれらの現象の光学的な特徴を「スプライト」と名付けた。これは、当時まだ知られていなかった物理的特性をうっかり示唆することを避けるためだった。 1994年にスプライトを研究する航空機研究キャンペーンの後にビデオクリップが流布された後、レッドスプライトやブルージェットという用語が広まった。^[要出典]

スプライトは、雷雲または積乱雲の上空高くで発生する 大規模な放電であり、非常に多様な視覚的形状を生み出す。これらは、雷雲と地面の間の正の雷の放電によって引き起こされる。 ^[6]この現象は、シェイクスピアのアリエルやパックなどのいたずら好きなスプライトにちなんで名付けられ、^[7]また、激しい雷雨の帯電によって生じる成層圏/中間圏の擾乱の頭字語でもある。 ^[8]これらは通常、赤みがかったオレンジ色または緑がかった青色で、下部には垂れ下がった巻きひげ、上部には弧状の枝がある。また、スプライトハローと呼ばれる赤みがかったハローが先行することもある。これらはクラスター状に発生することが多く、地表から50キロメートル(31マイル)から90キロメートル(56マイル)の高さに達する。スプライトは何千回も目撃されている。^[9]スプライトは、雷雨の上の高高度での車両運行に関連する、説明のつかない事故の原因であるとされてきた。^[10]

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  国際宇宙ステーションから見た赤い精霊
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ジェットは上層大気の雷の一種と考えられていますが、対流圏雷の構成要素であり、雷雨の中で発生して上方に移動する雲対空放電の一種であることがわかっています。対照的に、他の種類の TLE は対流圏雷によって引き起こされるにもかかわらず、電気的には対流圏雷とは関係ありません。ジェットには主にブルー ジェットと巨大ジェットの 2 種類があります。ブルー スターターはブルー ジェットの弱い形態であると考えられています。^[要出典]

ブルージェットは、雷雲の上部の正電荷領域と、この電荷領域の上にある負の「遮蔽層」との間で発生する「通常の」雷放電として発生すると考えられています。リーダーネットワークの正の端が負電荷領域を満たしてから、負の端が正電荷領域を満たし、その後、正のリーダーが雲から出て上方に伝播します。以前は、ブルージェットは雷の閃光とは直接関係がなく、雹の存在が何らかの形で発生の原因であると考えられていました。^[11]また、ブルージェットはスプライトよりも明るく、名前が示すように青色です。この色は、中性およびイオン化された分子窒素からの青色および近紫外線の輝線によるものと考えられています。ブルージェットは、1989年10月21日に、オーストラリア上空を通過したスペースシャトルから撮影された、地平線上の雷雨のモノクロビデオで初めて記録されました。ブルージェットは、スプライトよりも発生頻度がはるかに低いです。2007年までに、取得された画像は100枚未満でした。これらの画像の大部分は、最初のカラー画像も含め、単一の雷雨に関連しています。これらは、スプライトを研究するために1994年に行われた一連の航空機飛行で撮影されました。^{[12]最近では、青いジェットの発生源と形成が}国際宇宙ステーション から観測されました。^[3]

ブルースターターは、雷雨の周りを夜間に飛行した研究の映像で発見され^[13]、「ブルージェットと密接に関連した上向きに移動する発光現象」のようです。^[14]ブルージェットよりも短くて明るく、高度は20kmまでしか達しません。 [ ¹⁵ ]電気工学の准教授であるビクター・P・パスコ博士によると、「ブルースターターは、決して到達しないブルージェットのようです。」^[16]

ブルージェットは上部の正電荷領域と、この領域の真上にある負の遮蔽層の間で発生すると考えられていますが、巨大ジェットは雷雲の中間の負電荷領域と上部の正電荷領域の間で雲内閃光として発生するようです。負に帯電した先端は、雲内で放電する前に、雲から上向きに電離層に向かって逃げます。巨大ジェットはブルージェットよりも高い高度に達し、90 kmで終わります。^{[17] [18]}見た目はキャロットタイプのスプライトに似ているかもしれませんが、巨大ジェットは雲対地雷とは関連がなく、雲から上向きに伝播する速度が遅いという点で異なります。^[19]

2001年9月14日、アレシボ天文台の科学者たちは、これまで観測されたものの2倍の高さで、大気圏約70km（45マイル）まで達する巨大なジェットを撮影した。^[20]このジェットは海上の雷雨の上空に位置し、1秒未満続いた。ジェットは当初、典型的な稲妻と同程度の速度で秒速50キロメートル（時速11万マイル、時速18万キロメートル）で上昇しているのが観測され、秒速160キロメートルおよび270キロメートル（時速36万～60万マイル、時速58万～97万キロメートル）まで増加したが、その後2つに分裂し、少なくとも秒速2,000キロメートル（時速4,500,000マイル、時速7,200,000キロメートル）の速度で電離層まで上昇し、そこで明るい閃光となって広がった。

2002年7月22日、台湾から南シナ海上空で長さ60～70キロメートル（35～45マイル）の巨大な噴流が5つ観測されたことがネイチャー誌に報告された。^{[21] [22]}噴流は1秒未満で継続し、研究者らは巨大な木やニンジンに似た形をしていた。

2012年11月10日、中国科学速報は、 2010年8月12日に中国本土で雷雨中に観測された巨大なジェット現象について報じた。「中国東部で明確に記録されたGJ現象（嵐の中心は黄海付近の北緯35.6度、東経119.8度に位置する）」。^[23]

2014 年 2 月 2 日、アルゼンチンのオロ ベルデ天文台は、エントレ リオス南部の雷雨で 10 回以上の巨大なジェット現象が観測されたと報告しました。嵐の中心は、ロサリオ市の近く、南緯 33 度、西経 60 度に位置していました。^{[引用が必要]}

2016年8月13日、写真家のフィービー・パンは、広東省の石坑孔山頂でペルセウス座流星群を撮影中に、広角レンズで巨大なジェット機の鮮明な広角写真を撮影しました^[24 ] 。また、リー・フアロンは、中国湖南省嘉河のさらに遠い場所から同じジェット機を撮影しました^{[25] 。}

2017年3月28日、写真家のジェフ・マイルズがオーストラリア上空を飛ぶ4機の巨大ジェット機を撮影した。^[26]

2017年7月24日、ハワイのマウナケア天文台のジェミニ雲カメラは、雷雨の際にいくつかの巨大なジェットと電離層高度の重力波を捉えた。 ^[27]

2019年10月16日、パイロットのクリス・ホームズ氏は、メキシコ湾のユカタン半島付近の上空35,000フィート（10.6 km）から、巨大なジェット機の高解像度動画を撮影した。^[28]ホームズ氏の動画では、35マイル（56 km）の高さから、青いストリーマーが雷雨の上から電離層まで伸び、上部で赤くなる様子が映っている。その後、明るい白い稲妻の先導線が雲の上からゆっくりと這い上がり、巨大なジェット機の高さの約10%に達したところで消えていく。

2021年9月20日午後10時41分（UTC 02:41）、プエルトリコのカボ・ロホから北東を向いて、写真家のフランキー・ルセナ氏が、その地域の雷雨の上に発生した巨大なジェットプラズマ現象のビデオを録画しました。^[29]

2024年2月15日、写真家のJJ・ラオ（Nature by JJ）は、西オーストラリア州キンバリー地方のダービーで、巨大なジェット機を高解像度のスローモーション動画で撮影した。^[30]

ELVES は、直径約 400 km (250 mi) の薄暗い平坦な膨張した輝きとして現れることが多く、通常はわずか 1ミリ秒しか持続しません。^{[31]これらは、}雷雨の上空100 km (62 mi)の電離層で発生します。その色は長い間不明でしたが、現在では赤であることがわかっています。ELVES は、別のシャトル ミッションで初めて記録されました。このときは、1990 年 10 月 7 日にフランス領ギアナ沖で記録されました。 ^[14]この ELVES は、主任研究員の Otha H."Skeet" Vaughan, Jr. が率いるアラバマ州マーシャル宇宙飛行センターのメソスケール雷実験 (MLE) チームによってシャトル ビデオで発見されました。 ^[要出典]

ELVESは、電磁パルス源による光と超低周波の摂動の放出を表す風変わりな頭字語です。 ^[32]これは、光が生成されるプロセス、つまり電子衝突による窒素分子の励起（電子は、雷雨からの放電によって引き起こされた電磁パルスによってエネルギーを与えられた可能性があります）を指します。 ^{[33] [34]}

TROLL（一時的な赤色光線）は強いスプライトの後に発生し、かすかな尾を持つ赤い点として現れ、高速カメラでは、スプライトの触手の後に形成される赤い輝きとして始まり、後に赤い筋が下向きに発生する一連の急速なイベントとして表示されます。これらはジェットに似ています。^{[35] [36]}

ピクシーは、2000年夏のSTEPSプログラムで初めて観測された。これは、ハイプレーンズの雷雨の電気的特性を調査する複数の組織によるフィールドプログラムである。雷雨の上で、一連の異常な白い発光現象が20分間にわたって観測され、それぞれ平均16ミリ秒続いた。後に「ピクシー」と名付けられた。これらのピクシーは直径100メートル未満で、雷とは関係がない。^[35]

ゴースト（スプライトの先端から放出される緑がかった光）は、赤いスプライトの足跡の中に現れるかすかな緑色の光で、赤が消えた後も残り、数ミリ秒で消えていきます。^[37]ゴーストの可能性のある例は歴史的な画像で見ることができますが、ゴーストは2019年にストームチェイサーのハンク・シマとポール・M・スミスによって初めて独占的な現象として記録されました^{[奪取] 。 [38]}

ゴーストのダイナミクスと化学を分析する最初の分光研究は、アンダルシア天体物理学研究所（IAA）の大気電気グループによって主導されました。この実験キャンペーンでは、2019年に記録された単一のイベントの緑がかった色合いの主な原因は、原子鉄とニッケル、分子窒素、イオン分子酸素であると報告されました。原子酸素、原子ナトリウム、イオンシリコンの弱いが確実な寄与も検出されました。^[39]

ノームは雷の一種で、雷雲の金床の頂上から上向きに伸びる小さな短い光のスパイクで、強い上昇気流が金床の上に湿った空気を押し上げることで発生します。持続時間はわずか数マイクロ秒です。^[35]幅約200メートル、高さは最大1キロメートルです。白黒映像でしか観測されていないため、色は不明です。ほとんどの情報源は非公式に「ノーム」と呼んでいます。^[40]

• オーロラ
• 熱雷
• シューマン共振
• スプライト（稲妻）
• 聖エルモの火
• スティーブ（大気現象）

ウィキメディア・コモンズには、一時的な発光現象に関連するメディアがあります。

• CAL (Coupled Atmospheric Layers) 研究グループの一部である Eurosprite キャンペーンのホームページ
• 1999 年 3 月 2 日、ヒューストン大学: UH 物理学者が雷のような謎を追う 引用: 「...レッド スプライトとブルー ジェットは、雷雨の高度 40～100 km (25～60 マイル) に現れる、短時間だが強力な雷のような閃光です...」
  • スプライトとジェット気流の地上観測と気球観測
• Barrington-Leigh, CP、「ELVES: 雷からの電磁パルスによる電離層の加熱 (入門編)」。宇宙科学研究所、バークレー。
• 「ダーウィン スプライト '97」。オタゴ大学宇宙物理学グループ。
• ギブス、W. ウェイト、「妖精とエルフ：稲妻の奇妙ないとこは光自体よりも速く点滅する」。サンフランシスコ。ScientificAmerican.com。
• バリントン・リー、クリストファー、「パーマー基地における VLF 研究」。
• スプライト、ジェット、TLE の写真と記事
• アラスカ大学のハンス・ステンベック・ニールセン氏が撮影した高速ビデオ（10,000フレーム/秒）
• ビデオが「スプライト」の雷の秘密を明らかにする、Livescience の記事、2007 年。
  • ビデオ証拠
• NASA 天文写真集: オクラホマ上空の巨大ジェット機 (2007 年 8 月 29 日)オクラホマ上空を飛ぶ 2 つの巨大ジェット機の写真とビデオ
• 雷雲と電離層の間の巨大なジェット気流。
• 外気圏で巨大な謎の閃光が観測される
• スプライトギャラリー
• http://webarchive.loc.gov/all/20020914103454/http://elf.gi.alaska.edu/
• スプライトにインスパイアされた短編映画「The Endless」
• クラウドフラッシュ | ZTリサーチ