Los sprites o sprites rojos son descargas eléctricas a gran escala que se producen en la mesosfera , muy por encima de las nubes de tormenta o cumulonimbos , dando lugar a una gama variada de formas visuales que parpadean en el cielo nocturno. Por lo general, se desencadenan por las descargas de rayos positivos entre una nube de tormenta subyacente y el suelo.
Primera imagen en color de un sprite, tomada desde un avión
Un sprite sobre Laos , visto desde la Estación Espacial Internacional
Los sprites aparecen como destellos luminosos de color rojo anaranjado. Suelen aparecer en grupos por encima de la troposfera a una altitud de entre 50 y 90 km (31 y 56 mi). Hay informes visuales esporádicos de sprites que se remontan al menos a 1886. [1] Fueron fotografiados por primera vez el 4 de julio de 1989 [2] por científicos de la Universidad de Minnesota y, posteriormente, han sido capturados en grabaciones de vídeo miles de veces.
El primer informe conocido es el de Toynbee y Mackenzie en 1886. [3] El premio Nobel CTR Wilson había sugerido en 1925, sobre bases teóricas, que podían producirse averías eléctricas en la atmósfera superior, y en 1956 fue testigo de lo que posiblemente podría haber sido un sprite. Se documentaron fotográficamente por primera vez el 6 de julio de 1989, cuando científicos de la Universidad de Minnesota , utilizando una cámara de vídeo con poca luz, capturaron accidentalmente la primera imagen de lo que posteriormente se conocería como un sprite. [4]
Varios años después de su descubrimiento, se les llamó sprites (espíritus del aire) por su naturaleza esquiva. [5] Desde la captura de video de 1989, los sprites han sido fotografiados desde el suelo, desde aviones y desde el espacio, y se han convertido en objeto de intensas investigaciones. Un video destacado de alta velocidad que fue capturado por Thomas Ashcraft , Jacob L Harley, Matthew G McHarg y Hans Nielsen en 2019 a aproximadamente 100,000 cuadros por segundo es lo suficientemente rápido como para proporcionar mejores detalles de cómo se desarrollan los sprites. Sin embargo, según el blog APOD de la NASA, a pesar de estar registrado en fotografías y videos durante más de 30 años, la "causa raíz" de los relámpagos de sprites sigue siendo desconocida, "aparte de una asociación general con relámpagos positivos de nube a tierra". La NASA también señala que no todas las tormentas exhiben relámpagos de sprites. [6]
En 2016, se observaron sprites durante el paso del huracán Matthew por el Caribe. [7] Actualmente se desconoce el papel de los sprites en los ciclones tropicales. [8]
Características
Diferentes tipos de fenómenos eléctricos en la atmósfera.
Un sprite visto desde la Estación Espacial Internacional (arriba a la derecha, rojo tenue sobre el relámpago).
Rodger (1999) categorizó tres tipos de sprites según su apariencia visual. [1]
Medusa: muy grande, de hasta 50 por 50 km (31 por 31 millas).
Sprite de columna (C-sprite): descargas eléctricas a gran escala sobre la Tierra que aún no se comprenden del todo.
Sprite de zanahoria: un sprite de columna con zarcillos largos.
Los sprites son de color naranja rojizo [5] en sus regiones superiores, con zarcillos colgantes azulados por debajo, y pueden estar precedidos por un halo rojizo. Duran más que las descargas estratosféricas inferiores normales, que duran típicamente unos pocos milisegundos, y generalmente son desencadenadas por las descargas de relámpagos positivos entre la nube de tormenta y el suelo, [12] aunque también se han observado sprites generados por relámpagos negativos en el suelo. [13] A menudo se presentan en grupos de dos o más, y generalmente abarcan un rango de altitud de 50 a 90 kilómetros (31 a 56 millas), con lo que parecen ser zarcillos colgando por debajo y ramas que se extienden por encima. [5]
Las imágenes ópticas obtenidas con una cámara de alta velocidad de 10 000 fotogramas por segundo mostraron que los sprites son en realidad grupos de pequeñas bolas de ionización de escala decámétrica (10-100 m o 33-328 pies) que se lanzan a una altitud de unos 80 km (50 mi) y luego se mueven hacia abajo a velocidades de hasta el diez por ciento de la velocidad de la luz , seguidas unos milisegundos más tarde por un conjunto separado de bolas de ionización que se mueven hacia arriba. [14] Los sprites pueden desplazarse horizontalmente hasta 50 km (31 mi) desde la ubicación del rayo subyacente, con un retraso de tiempo después del rayo que suele ser de unos pocos milisegundos, pero en raras ocasiones puede ser de hasta 100 milisegundos.
Para filmar sprites desde la Tierra, deben darse condiciones especiales: 150–500 km (93–311 mi) de visión clara hasta una poderosa tormenta eléctrica con rayos positivos entre la nube y el suelo, equipo de grabación sensible al rojo y un cielo negro sin iluminación. [15]
Mecanismo
Los sprites aparecen cerca de la parte superior de la mesosfera , a unos 80 km de altitud, en respuesta al campo eléctrico generado por los relámpagos en las tormentas eléctricas subyacentes. Cuando un rayo positivo suficientemente grande lleva cargas al suelo, la parte superior de la nube queda con una carga neta fuertemente negativa. Esto se puede modelar como un dipolo eléctrico cuasiestático y durante menos de 10 milisegundos se genera un campo eléctrico fuerte en la región por encima de la tormenta eléctrica. En la baja presión de la mesosfera superior, el voltaje de ruptura se reduce drásticamente, lo que permite que se produzca una avalancha de electrones . [16] [17] Los sprites obtienen su color rojo característico de la excitación del nitrógeno en el entorno de baja presión de la mesosfera superior. A presiones tan bajas, la extinción por oxígeno atómico es mucho más rápida que la del nitrógeno, lo que permite que las emisiones de nitrógeno dominen a pesar de que no hay diferencia en la composición. [18] [19]
Halo de sprites
Los sprites a veces son precedidos, por aproximadamente 1 milisegundo, por un halo de sprites , una región con forma de panqueque de emisiones ópticas débiles y transitorias de aproximadamente 50 kilómetros (31 millas) de ancho y 10 kilómetros (6,2 millas) de espesor. El halo está centrado a unos 70 kilómetros (43 millas) de altitud por encima del rayo iniciador. Se cree que estos halos se producen por el mismo proceso físico que produce sprites, pero para los cuales la ionización es demasiado débil para cruzar el umbral requerido para la formación de serpentinas. A veces se los confunde con ELVES , debido a su similitud visual y corta duración. [20] [21] [22]
Una investigación realizada en la Universidad de Stanford en 2000 indica que, a diferencia de los sprites con una estructura columnar vertical brillante, la aparición de halos de sprites no es inusual en asociación con descargas de rayos normales (negativas). [22]
Una investigación realizada en 2004 por científicos de la Universidad de Tohoku descubrió que se producen emisiones de frecuencia muy baja al mismo tiempo que el sprite, lo que indica que una descarga dentro de la nube puede generar los sprites. [23]
Daños a aeronaves relacionados
Se ha culpado a los sprites de accidentes inexplicables que involucraban operaciones vehiculares a gran altitud sobre tormentas eléctricas. Un ejemplo de esto es el mal funcionamiento de un globo estratosférico de la NASA lanzado el 6 de junio de 1989 desde Palestine, Texas . El globo sufrió una liberación no comandada de la carga útil mientras volaba a 120.000 pies (37.000 m) sobre una tormenta eléctrica cerca de Graham, Texas . Meses después del accidente, una investigación concluyó que un "rayo" que viajaba hacia arriba desde las nubes provocó el incidente. [24] La atribución del accidente a un sprite se hizo retroactivamente, ya que este término no fue acuñado hasta fines de 1993.
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Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Sprites (rayos) .
"Red Sprites & Blue Jets": una captura digital del video VHS distribuido en 1994 por la Universidad de Alaska Fairbanks que popularizó los términos
"Duendes rojos y aviones azules". Archivado desde el original el 14 de septiembre de 2002. Consultado el 20 de agosto de 2012 .– página web de la Universidad de Alaska Fairbanks
Observaciones de sprites y jets desde tierra y desde globos
Darwin Sprites '97 Grupo de Física Espacial, Universidad de Otago
Sprites, jets y fotos y artículos de TLE
Sprites en Europa: blog de colaboradores europeos
Kanmae, T.; Stenbaek-Nielsen, HC; McHarg, MG; Haaland, RK (2010). "Observación de espectros de sprites azules a 10.000 fps". Geophys. Res. Lett . 37 (13): L13808. Bibcode :2010GeoRL..3713808K. doi : 10.1029/2010GL043739 .
"Misterioso Sprite fotografiado por astronauta de la ISS: Big Pic". Archivado desde el original el 14 de julio de 2012 . Consultado el 13 de julio de 2012 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
Breve biografía profesional del Dr. 'Geoff' McHarg
El sitio web de fotografía Petapixel publicó un enlace a una fotografía muy rara y muy clara de un duende tomada por el fotógrafo Mike Hollingshead. Artículo en El fotógrafo captura una fotografía rara de un duende con una aurora
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