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スプライト、またはレッドスプライトとは、雷雲や積乱雲のはるか上空の中間圏で発生する大規模な放電現象で、夜空に様々な形の光がちらつく現象です。通常、雷雲と地上の間の正極性雷放電によって引き起こされます。
スプライトは、赤橙色の光る閃光として現れます。スプライトは、対流圏上空の高度50～90km （31～56マイル）の範囲で群集して発生することがよくあります。スプライトの散発的な視覚的報告は、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写真に撮られ、[ 2 ]その後、ビデオ録画で数千回記録されています。
スプライトは、時として不正確に上層大気雷と呼ばれることがある。しかし、スプライトは対流圏雷のような高温のチャネル温度を持たない低温プラズマ現象であり、雷放電よりも蛍光灯放電に近い。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る。[ 1 ]
最も古い既知の報告は、1886年のトインビーとマッケンジーによるものです。[ 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と示唆し、1956年にはスプライトと思われるものを目撃しました。スプライト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照度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ものの最初の画像を偶然撮影しました。[ 4 ]
発見から数年後、スプライトは捉えどころのない性質から、その名の由来となった神話上の存在にちなんでスプライト（空気の精霊）と名付けられました。 [ 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、集中的な調査の対象となっています。 2019年にトーマス・アシュクラフト、ジェイコブ・L・ハーレー、マシュー・G・マクハーグ、ハンス・ニールセンによって毎秒約10万フレームで撮影された高速ビデオは、スプライトがどのように発生するかについてのいくつかの観察結果を提供しました。しかし、NASAのAPODブログによると、30年以上写真やビデオで記録されているにもかかわらず、スプライト雷の「根本原因」は、「正の雲から地上への雷との一般的な関連性を除いて」依然として不明です。NASAはまた、すべての嵐がスプライト雷を示すわけではないと指摘しています。[ 6 ]
2016年には、ハリケーン・マシューがカリブ海を通過する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不明である。[ 8 ]
2022年以来、NASAは市民科学ウェブサイトとデータベースであるSpritacularを運営し、市民によるスプライトの画像を収集・研究している。[ 9 ]
スプライトは北アメリカ[ 10 ] 、中央アメリカ、南アメリカ[ 11 ] 、ヨーロッパ[ 12 ] 、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システムで発生すると考えられています。
Rodger (1999) categorized three types of sprites based on their visual appearance.[1]
Sprites are colored reddish-orange[5] in their upper regions, with bluish hanging tendrils below, and can be preceded by a reddish halo. They last longer than normal lower stratospheric discharges, which last typically a few milliseconds, and are usually triggered by the discharges of positive lightning between the thundercloud and the ground,[13] although sprites generated by negative ground flashes have also been observed.[14] They often occur in clusters of two or more, and typically span the altitude range 50 to 90 kilometres (31 to 56 mi), with what appear to be tendrils hanging below, and branches reaching above.[5]
Optical imaging using a 10,000 frame-per-second high speed camera showed that sprites are actually clusters of small, decameter scale, (10–100 m or 33–328 ft) balls of ionization that are launched at an altitude of about 80 km (50 mi) and then move downward at speeds of up to ten percent the speed of light, followed a few milliseconds later by a separate set of upward moving balls of ionization.[15] Sprites may be horizontally displaced by up to 50 km (31 mi) from the location of the underlying lightning strike, with a time delay following the lightning that is typically a few milliseconds, but on rare occasions may be up to 100 milliseconds.
In order to film sprites from Earth, special conditions must be present: 150–500 km (93–311 mi) of clear view to a powerful thunderstorm with positive lightning between cloud and ground, red-sensitive recording equipment, and a black unlit sky.[16]
スプライトは、中間圏の上部付近、高度約 80 km で、下層の雷雨で発生する電場に反応して発生します。十分に大きな正の落雷が電荷を地上に運ぶと、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、雷雨の上空領域に強い電場が発生します。中間圏上部の低圧では、破壊電圧が大幅に低下し、電子雪崩が発生します。[ 17 ] [ 18 ]スプライトの特徴的な赤色は、中間圏上部の低圧環境における窒素の励起によって生じます。このような低圧では、原子状酸素による消光は窒素による消光よりもはるかに速いため、組成に違いがないにもかかわらず、窒素の放出が支配的になります。[ 19 ] [ 20 ]
スプライトの約 1 ミリ秒前に、スプライトハローと呼ばれる、直径約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)のパンケーキ状の弱い一時的な光放射領域が現れることがあります。ハローの中心は、最初の落雷地点から約70 キロメートル (43マイル)の高度にあります。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ますが、電離が弱すぎてストリーマー形成に必要な閾値を超えません。視覚的に似ていて持続時間が短いため、ELVESと間違われることがあります。 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
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）雷放電に関連して珍しいことではない。[ 23 ] 2004年に東北大学 の科学者によって行われた研究では、スプライトと同時に非常に低い周波数の放射が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を示している。 [ 24 ]
スプライトは、雷雨の上空での高高度車両操作に関連する、他に説明のつかない事故の原因とされてきた。その一例として、1989年6月6日にテキサス州パレスティンから打ち上げられたNASA成層圏気球の故障が挙げられる。この気球は、テキサス州グラハム近郊の雷雨の上空12万フィート（3万7000メートル）を飛行中に、意図しないペイロードの放出に見舞われた。事故から数か月後、調査の結果、雲から上昇してきた「稲妻」が事故を引き起こしたと結論付けられた。[ 25 ]この用語が造語されたのは1993年後半であるため、事故の原因がスプライトであるとの帰属は遡及的に行われた。
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