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大自然的“煙花秀” 你見過嗎？

中國科大團(tuán)隊以星空為標(biāo)尺，揭秘“紅色精靈”閃電群

南亞地區(qū)上空的“紅色精靈”。安久攝

“紅色精靈”閃電群，你見過嗎？

三年前，兩位中國天文攝影師在青藏高原普莫雍錯北岸，意外記錄到南亞地區(qū)雷暴上空上百個“紅色精靈”閃電，這一神奇的現(xiàn)象持續(xù)了將近3個小時，仿若煙花綻放，也被攝影師們稱為“大自然最神奇的‘煙花秀’”，引發(fā)了全網(wǎng)關(guān)注。

這些“紅色精靈”從何而來？近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸高鵬教授團(tuán)隊發(fā)表文章，將星空作為時間標(biāo)尺，還原“紅色精靈”事件的發(fā)生過程，揭開其背后的秘密。

　　“紅色精靈”，大自然的“煙花秀”

2022年5月19日深夜，兩位中國天文攝影師在西藏的喜馬拉雅山脈拍攝到罕見的“紅色精靈”閃電群，道道閃電猶如紅色絲線般相互交錯。密集的“紅色精靈”閃電每隔一兩分鐘就會出現(xiàn)一次，有的甚至連續(xù)四五個同時出現(xiàn)在一張照片里。

據(jù)了解，“紅色精靈”是一種中高層大氣瞬態(tài)發(fā)光事件，通常出現(xiàn)在雷暴云上方的高空（約30km—90km高度），因其主體顏色為紅色，形態(tài)像精靈，且出現(xiàn)時間很短（通常小于1/30秒）而得名。而密集出現(xiàn)的“紅色精靈”，由于像跳集體舞一樣連續(xù)閃現(xiàn)，而被稱為“舞蹈精靈”，它通常由一次閃電中的不同放電過程觸發(fā)。

在此次事件中，有一半是躍動的“舞蹈精靈”，還有罕見的次生噴流，以及亞洲首例夜間電離層底部綠色發(fā)光現(xiàn)象——“鬼火精靈”。

　　用衛(wèi)星軌跡反推時間，揭秘南亞“紅色精靈”爆發(fā)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授陸高鵬介紹，“紅色精靈”源于雷暴產(chǎn)生的放電現(xiàn)象：“通常大眾所熟知的雷暴多為云對地閃電或者云內(nèi)閃電，但其實它也有向上的放電現(xiàn)象。這種強(qiáng)烈的電荷釋放會引起空間電場的擾動，從而導(dǎo)致雷暴上方的稀薄大氣中也產(chǎn)生放電現(xiàn)象，‘紅色精靈’就是在這種情況下誕生的?！?/p>

而在研究過程中，陸高鵬團(tuán)隊遇到的第一個問題就是：如何確認(rèn)每次“紅色精靈”出現(xiàn)的精準(zhǔn)時間。

“攝影師拍攝素材缺少精準(zhǔn)時間標(biāo)記，而想要找出觸發(fā)‘紅色精靈’的母體閃電，以及開展進(jìn)一步研究，都需要時間信息?！庇谑牵懜啭i團(tuán)隊便從既有視頻素材入手，以星空作為時間“表盤”，提取精準(zhǔn)時間，“星空中的人造衛(wèi)星發(fā)射光就是非常好的‘時間標(biāo)尺’，衛(wèi)星的軌道是確定的，根據(jù)衛(wèi)星的位置就能反推出時間?！?/p>

研究團(tuán)隊利用星空背景和衛(wèi)星運動軌跡，還原了視頻拍攝時間，將時間誤差縮小在1秒內(nèi)。

有了時間信息之后，陸高鵬團(tuán)隊經(jīng)過比對研究發(fā)現(xiàn)，“紅色精靈”的母體閃電主要為大峰值電流的正極性地閃，發(fā)生在從恒河平原延伸至青藏高原南麓的中尺度對流復(fù)合體層狀云降水區(qū)。

　　南亞地區(qū)首次記錄，為中高層大氣研究提供參考

研究觀測記錄了南亞單次雷暴過程中最多的精靈閃電，表明該地區(qū)雷暴具備與美國大平原和歐洲近海雷暴相似的中高層放電能力，甚至能夠孕育出更復(fù)雜的放電形態(tài)。

根據(jù)研究，該事件中“舞蹈精靈”的頻繁出現(xiàn)，表明雷暴中可能包含大量大規(guī)模的閃電。視頻顯示，產(chǎn)生它們的閃電可能是從對流云附近傳播到層狀云的。

次生巨大噴流通常在“紅色精靈”事件后連續(xù)出現(xiàn)，高度可達(dá)90多千米。此前次生噴流的觀測案例很少，而這次觀測到的次生噴流達(dá)到16次之多，表明這一地區(qū)雷暴上層復(fù)雜的放電形態(tài)。

“鬼火精靈”則更為神秘，其中一例出現(xiàn)在水母狀“紅色精靈”序列之后，位于其非常明亮的頂部位置。此次“鬼火精靈”的綠色光芒持續(xù)了近1秒，這在之前的觀測中極為少見。

距了解，此前還沒有觀測表明該地區(qū)的雷暴上空可能會成群出現(xiàn)瞬態(tài)發(fā)光事件，本次對青藏高原上“紅色精靈”的觀測為研究南亞地區(qū)雷暴上方的中高層大氣放電現(xiàn)象提供了寶貴的數(shù)據(jù)，為科研人員進(jìn)一步研究該地區(qū)雷暴在中高層大氣中的物理和化學(xué)效應(yīng)提供了重要觀測資料。相關(guān)研究有助于研究對流層與中高層大氣之間的耦合關(guān)系，為全球氣候變化研究提供參考。