スプライト（稲妻）

スプライトまたはレッドスプライトは、中間圏、雷雲または積乱雲の上空で発生する大規模な放電で、夜空にさまざまな視覚的形状が明滅します。通常、スプライトは、下にある雷雲と地面の間の正の雷放電によって引き起こされます。

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  地平線に妖精がおり、その下には対流圏に稲妻があり、上層中間圏界面と宇宙との境界にある大気光の緑色の線の上にあります(上の明るい光は月です)。
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  航空機から撮影されたスプライトの最初のカラー画像
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  国際宇宙ステーションから見たラオス上空のスプライト

スプライトは赤橙色の閃光として現れます。高度50～90km（31～56マイル）の対流圏上で集団で発生することが多いです。スプライトの散発的な目撃報告は少なくとも1886年に遡ります。^[1]スプライトは1989年7月4日にミネソタ大学の科学者によって初めて撮影され、 ^[2]その後何千回もビデオ録画されています。

スプライトは、不正確には上層大気雷と呼ばれることがあります。しかし、スプライトは対流圏雷のような高温チャネル温度を持たない冷たいプラズマ現象であるため、雷放電よりも蛍光灯放電に似ています。スプライトは、ブルージェットやELVESなど、他のさまざまな上層大気光学現象と関連しています。^[1]

最も古い報告は1886年のトインビーとマッケンジーによるものである。^[3]ノーベル賞受賞者のCTRウィルソンは1925年に理論的根拠に基づいて上層大気で電気的破壊が発生する可能性があることを示唆し、1956年にはスプライトと思われるものを目撃した。それらが初めて写真に記録されたのは1989年7月6日で、ミネソタ大学の科学者が低光量ビデオカメラを使用して、後にスプライトとして知られるようになる最初の画像を偶然撮影した。^[4]

発見から数年後、その捉えにくい性質からスプライト（空中の精霊）と名付けられた。 ^[5] 1989年のビデオ撮影以来、スプライトは地上、航空機、宇宙から撮影され、徹底的な調査の対象となっている。トーマス・アッシュクラフト、ジェイコブ・L・ハーレー、マシュー・G・マクハーグ、ハンス・ニールセンが2019年に撮影した約10万フレーム/秒の高速度ビデオは、スプライトがどのように発生するかを詳細に伝えるのに十分な速さである。しかし、NASAのAPODブログによると、30年以上にわたって写真やビデオに記録されているにもかかわらず、スプライト雷の「根本的な原因」は「一般的な正の雲対地雷との関連性を除いて」不明のままである。NASAはまた、すべての嵐でスプライト雷が発生するわけではないと指摘している。^[6]

2016年、ハリケーン・マシューがカリブ海を通過した際にスプライトが観測された。^[7]熱帯低気圧におけるスプライトの役割は現在のところ不明である。^[8]

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  大気中のさまざまな電気現象
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  国際宇宙ステーションから見たスプライト（右上、稲妻の上の淡い赤色）。
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  上のISSスプライト画像、拡大表示
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  スプライトの最初のカラー クリップからの別のショット。

スプライトは、北米、^[9] 中央アメリカ、南米、^[10] ヨーロッパ、^[11] 中央アフリカ（ザイール）、オーストラリア、日本海、アジアで観測されており、ほとんどの大規模な雷雨の際に発生すると考えられています。

ロジャー（1999）は、スプライトをその外観に基づいて3つのタイプに分類しました。^[1]

• クラゲの精霊 – 非常に大きく、最大 50 x 50 km (31 x 31 マイル) あります。
• コラムスプライト（Cスプライト） – 地球上で発生する大規模な放電で、まだ完全には解明されていません。
• ニンジンの妖精 – 長い巻きひげを持つ柱状の妖精。

スプライトは、上部が赤みがかったオレンジ色^{[5]で、下部には青みがかった垂れ下がった}巻きひげがあり、赤みがかったハローが先行することもあります。スプライトは通常の下部成層圏放電よりも長く続き、通常数ミリ秒続き、雷雲と地面の間の正の雷の放電によって引き起こされますが^[12] 、負の地面の閃光によって生成されたスプライトも観測されています。^[13]スプライトは2つ以上が集まって発生することが多く、通常は高度50〜90キロメートル (31〜56マイル) の範囲に広がり、下部には巻きひげのようなものが垂れ下がり、上部には枝が伸びているように見えます。^[5]

10,000フレーム/秒の高速度カメラを使用した光学画像化により、スプライトは実際には10メートルスケール（10〜100メートルまたは33〜328フィート）の小さな電離球の集まりであり、高度約80km（50マイル）で発射され、光速の最大10パーセントの速度で下降し、数ミリ秒後に別の電離球のセットが上向きに移動することがわかりました。^[14]スプライトは、下にある落雷の場所から最大50km（31マイル）水平方向に移動する可能性があり、落雷後の時間遅延は通常数ミリ秒ですが、まれに最大100ミリ秒になることがあります。

地球からスプライトを撮影するには、雲と地面の間に正の稲妻を伴う強力な雷雨が150～500km（93～311マイル）にわたってはっきりと見えること、赤色に敏感な録画装置、そして暗く暗い空など、特別な条件が整っていなければなりません。^[15]

スプライトは、高度約 80 km の中間圏上部付近で、雷雨の雷光によって生成される電界に反応して発生します。十分に大きな正の雷が地面に電荷を運ぶと、雲頂には強い負の正味電荷が残ります。これは準静的電気双極子としてモデル化でき、10 ミリ秒未満の間、雷雨の上部領域に強い電界が生成されます。中間圏上部の低圧では、ブレークダウン電圧が大幅に低下し、電子雪崩が発生する可能性があります。^{[16] [17]}スプライトは、中間圏上部の低圧環境での窒素の励起により、特徴的な赤色になります。このような低圧では、原子酸素による消光は窒素による消光よりもはるかに速く、組成に違いがないにもかかわらず窒素放出が優勢になります。^{[18] [19]}

スプライトの約1ミリ秒前に、スプライトハローが発生することがある。スプライトハローは、幅約50キロメートル（31マイル）、厚さ約10キロメートル（6.2マイル）のパンケーキ型の弱い一時的な光学 放射領域である。ハローは、最初の落雷から約70キロメートル（43マイル）の高度に中心がある。これらのハローは、スプライトを生成するのと同じ物理的プロセスによって生成されると考えられているが、電離が弱すぎてストリーマー形成に必要な閾値を超えることができない。視覚的に類似しており、持続時間が短いため、ELVESと間違われることがある。 ^{[20] [21] [22]}

2000年にスタンフォード大学で行われた研究によると、明るい垂直の柱状構造を持つスプライトとは異なり、スプライトハローの発生は通常の（負の）雷放電と関連して珍しいことではないことが示されています。^{[22] 2004年に}東北大学 の科学者が行った研究では、非常に低周波の放射がスプライトと同時に発生することがわかり、雲内の放電がスプライトを生成する可能性があることが示されました。^[23]

スプライトは、雷雨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とされてきた。その一例は、1989年6月6日にテキサス州パレスチナから打ち上げられたNASAの 成層圏気球の故障である。この気球は、テキサス州グラハム付近の雷雨の上空12万フィート（3万7000メートル）を飛行中に、意図しない積載物の放出に見舞われた。事故から数ヶ月後、調査の結果、雲から上昇した「稲妻」が事故を引き起こしたと結論付けられた。^[24]スプライトという用語が1993年後半まで使われていなかったため、事故がスプライトによるものとされたのは遡及的であった。

• 上層大気の雷（ブルージェットを含む）
• オーロラ（天文学）
• カタトゥンボの雷
• 宇宙線の視覚現象

ウィキメディア・コモンズには、スプライト (雷)に関連するメディアがあります。

• 「レッドスプライト＆ブルージェット」 - 1994年にアラスカ大学フェアバンクス校から配布されたVHSビデオのデジタルキャプチャで、この用語が広く知られるようになった。
• 「レッド スプライトとブルー ジェット」。2002 年 9 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012 年8 月 20 日閲覧。–アラスカ大学フェアバンクス校のウェブページ
• スプライトとジェット気流の地上観測と気球観測
• ダーウィン スプライト '97 宇宙物理学グループ、オタゴ大学
• スプライト、ジェット、TLE の写真と記事
• ヨーロッパのスプライト: ヨーロッパの寄稿者のブログ
• Kanmae, T.; Stenbaek-Nielsen, HC; McHarg, MG; Haaland, RK (2010). 「10,000 fps でのブルースプライトスペクトルの観測」. Geophys. Res. Lett . 37 (13): L13808. Bibcode :2010GeoRL..3713808K. doi : 10.1029/2010GL043739 .
• 「ISS 宇宙飛行士が撮影した謎の妖精: ビッグ画像」。2012 年 7 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012 年7 月 13 日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元の URL ステータス不明 (リンク)
• ジェフ・マクハーグ博士の略歴
• 写真ウェブサイト Petapixel は、写真家のマイク・ホリングスヘッドが撮影した、非常に珍しく鮮明なスプライトの写真へのリンクを掲載した。写真家がオーロラとスプライトの珍しい写真を撮影したという記事
• 宇宙の端で –スプライト現象を調査するNOVAプログラム
• チェコ共和国から見たアドリア海上の赤い精霊（2019年1月14日）