紅色精靈、藍色噴流、巨型噴流、圓環狀放電

 

從這些發生在中高層大氣的瞬態發光事件（TLE - Transient Luminous Event）的名稱可以看出，人們對這類發光形態奇特而又無比巨大、動輒蔓延數十上百公里的短暫放電現象感到有多麼的不可思議。如果足夠幸運，那麼在陸地上也能觀察到這些罕見的自然現象，古往今來不知由此誕生了多少傳說。

1. 紅色精靈（Red Sprites）

又稱紅閃或精靈閃電（Sprite (lightning)），有個字幕組將其翻譯成了“鬼閃”也挺貼切的。

這種高層大氣中壯觀的放電現象，最早似乎可以追溯到德國歷史、公法學家約翰·喬治·埃斯托的一本著作中第195～196頁上一個小小的注釋。大約是在1730年左右，埃斯托的老師暗示他在悲傷的天空中注意觀察“coelo tristi”（不知道這是什麼意思，誰能看懂書中內容告訴大家一下。他老師的暗示是否是這種現象的意思，如果是的話他又是怎麼知道的呢？可能看到過又難以確定所以只能暗示了）。

有了暗示，埃斯托在某一天登上了福格爾斯貝格山脈的最高峰（700多米），他穿過了雷雨雲到達山頂，看到了頭上的藍天和白雲，閃光從那裡直接上升到天空中、然後又射向地面。

 

獲得諾貝爾獎的蘇格蘭物理學家查理斯·威爾遜曾經在1925年提出：從理論上來說，在大面積雷暴的氣象條件下，高層大氣中可能也會發生放電現象。自1886年以來一直有零星的目擊報告被當成奇聞軼事而有所記錄，從第一次世界大戰開始後的幾十年間，一些飛行員報告觀察到了奇異的閃光，但通常被認為是他們的幻覺、甚至是恐懼造成的。這些高空放電現象被忽略了一百多年，因為當時認為強烈的大氣放電活動只能發生在對流層，而平流層和中間層大氣都是電平靜的。

 

直到1989年，明尼蘇達大學在為即將進行的火箭發射測試微光攝像機時，意外的發現拍攝到了兩條明亮的光柱，這個發生在250公里之外雷雨雲上空的巨大放電圖像就這樣機緣巧合的被捕捉到了，成為中層大氣放電現象存在的第一個事實證據。

 

在之後的幾年中根據其發光顏色和捉摸不定的特點被命名為“Red Sprites”，這個意外的發現徹底改變了對流層電活動與中層大氣光學現象相互作用的認識，引起了高層大氣物理學研究的廣泛重視和濃厚的興趣，但目前還沒有建立起能夠很好的解釋這種現象的完備理論。

 

由於地面觀測受到距離、視野和光度等因素的限制，1994年美國阿拉斯加大學採用兩架在萬米高空相距10～75公里的飛機對Sprite進行交叉觀測，通過高速微光攝像機和圖像增強器在雷雨雲上方首次獲得了彩色圖像。

這個巨大的發光空間佔用了超過1萬立方公里的大氣，其最上方的光暈分佈在88～95公里的高度，中間的紅色發光體分佈在66～74公里，下方的卷鬚分佈在40～60公里，上部是紅色、向下轉為紫色最後變成藍色。

 

多年以來，從地面觀測站、飛機、空間站上已經獲得了成千上萬幅圖像。下面兩張圖片是2015年在國際空間站上拍攝到的，在雷暴活動產生的白色閃光映照下，紅色精靈的成像非常清晰。

在地面拍攝到的圖像。

智利ESO天文臺拍攝的，圖像是21分鐘時長內的二次構圖。

下面的圖片非常神奇，一位元攝影師本來是打算拍一些閃電的圖像，沒想到竟然捕捉到了6次紅色精靈。

看原始視頻更加震撼，雖然雲層上空巨大的紅色閃光轉瞬即逝，但的確能夠非常清晰的看到它一閃而過，就好像是天外發生的事件（注意看21秒和24秒處一共兩次）。

紅色精靈呈現出巨大而微弱的閃光、被認為是一種正極性流光，它們的亮度相當於中等亮度的極光，但持續時間很短只有幾毫秒或幾十至上百毫秒；精靈多是由雷雨雲中的正電荷對地放電時的正地閃激發於約70公里的高空、然後以大約每秒1萬公里的速度快速向下發展而形成，正地閃只占全部地閃的10%，雲間和雲內閃電又占了絕大部分，所以紅色精靈發生的概率比較小、隨機性很強。精靈的大小和形狀變化很大，但多以柱狀和帶有卷鬚的胡蘿蔔狀為主，水母狀精靈非常大（差不多有48公里方圓），精靈在高度上通常會跨越50～90公里的範圍。

2. 藍色噴流（Blue Jets）

藍色噴流呈倒立的細圓錐形，從積雨雲頂端出現後以大約每秒100公里的速度向上傳播，直到40～50公里的高度開始消散，持續時間約200～300毫秒。

 

它們的產生看起來與閃電並沒有直接關係，但似乎與雷雨雲中強烈的冰雹活動有關。藍色噴流最初是在1989年由一架太空梭在經過澳大利亞上空時觀測到的，這也是一種非常罕見的中層大氣放電現象，在1994年阿拉斯加大學通過飛機航拍對紅色精靈的研究中拍攝到了56例。

 

一位非常幸運的天文愛好者@菲比尋常 在2016年8月13日的月光下，與朋友們一起觀看和拍攝英仙座流星雨時親眼看到並記錄下了遠處雷雨雲上方這一世所罕見的自然奇觀，這個概率比買彩票中大獎可要低多了。

這可能是有史以來捕捉到的最好的藍色噴流的圖像了。

我們無法確認古人是否看到過這種轉瞬即逝的奇異天象，只是不知在他們的眼中這是神仙下凡還是巨龍飛天呢。

或者是這個傢伙用錘子砸出來的？

3. 巨型噴流（Gigantic Jet）

這是一種更為罕見的現象，與藍色噴流相類似，但是巨型噴流可以從雷雨雲頂部一直向上延伸至70～90公里的高度，直達電離層底部。

4. 圓環狀放電（ELVES）

又稱“淘氣精靈”。

這種現象用肉眼是看不到的了，因為它通常只能持續1毫秒，發生在雷雨雲上方100公里的電離層中，是一種直徑可達200～600公里、閃光黯淡的圓環狀放電現象。1990年第一次被發現，也是由太空梭在繞地飛行中拍攝到的。它的全稱是電磁脈衝源引起的甚低頻擾動與光輻射（Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources）。

上面這幅圖片是臺灣衛星拍攝的。

 

雖然在陸地上幾乎不太可能觀測到，但業餘愛好者的能量是極為強大的，即使這種只能在千分之一秒內瞬間存在的奇異景象也不例外。

 

下圖是捷克的一名天文愛好者Martin·Popek于2017年4月2日夜間，使用微光攝像機在遠方的雷雨雲之上拍攝到了這個300公里大小的甜甜圈，他不但拍攝到了兩次圓環狀放電，而且還拍到了一次紅色精靈。

芬蘭的這位愛好者Timo·Kantola更牛，他在2009年拍攝到了圓環放電與紅色精靈一同出現的圖像。

購買一部微光攝像機，或者僅憑裸眼觀看也行，根據準確的天氣預報，在一個漆黑的夜晚，選擇一個距離雷雨雲200～300公里遠、能見度優良的觀測地點；將目光鎖定在雷雨雲之上，不要被閃電分散注意力，最好用一張黑紙之類的東西擋住閃電，確保視線集中在雲層上方將要發生的那些事情上；足夠的耐心會得到回報的，至少看到紅色精靈的可能性比看到流星的概率要大，運氣足夠好還可能看到藍色噴流，如果發現了巨型噴流。。。。。。

 

臺灣在2004年發射了一顆衛星“福爾摩沙2號”，搭載的高空大氣閃電影像儀是世界上第一個專門用來從衛星上觀測瞬態發光事件的科學儀器。

 

截至2012年末，記錄到紅色精靈1945例、精靈光暈1812例、ELVES21837例、藍色噴流3799例、巨型噴流只有92例。

 

自1989年首次事實上確認紅色精靈現象以來，對於“電離層-雷暴-地表-晴天大氣”這種全球大氣電路的研究變得更為複雜，例如正極性的巨型噴流可能會向全球電路充電、負極性的進行放電，再加上太陽風的帶電粒子、地球磁場作用以及舒曼共振等已知或未知的效應，使得地球的電磁場環境及其帶來的影響紛繁複雜，這些超乎想像的自然現象也令人驚歎不已～～