Los relámpagos de la atmósfera superior y los relámpagos ionosféricos son términos utilizados a veces por los investigadores para referirse a una familia de fenómenos de averías eléctricas de corta duración que ocurren muy por encima de las altitudes de los relámpagos y las nubes de tormenta normales. Se cree que los rayos de la atmósfera superior son formas de plasma luminoso inducidas eléctricamente . El uso preferido es evento luminoso transitorio ( TLE ), porque los diversos tipos de fenómenos de descarga eléctrica en la atmósfera superior carecen de varias características de los rayos troposféricos más familiares .
También se han observado eventos luminosos transitorios en imágenes ultravioleta lejana de la atmósfera superior de Júpiter , muy por encima de la altitud de las nubes de agua que producen rayos. [1] [2]
Existen varios tipos de TLE, siendo los más comunes los sprites . Los duendes son destellos de luz roja brillante que ocurren sobre los sistemas de tormentas . C-sprites (abreviatura de “sprites columnaniformes”) es el nombre que se les da a las columnas verticales de luz roja. Los C-sprites que exhiben zarcillos a veces se denominan "sprites de zanahoria". Otros tipos de TLE incluyen halos de sprites, fantasmas, jets azules, jets gigantes, duendes, gnomos, trolls, iniciadores azules y ELFES. El acrónimo ELVES (“ Emisión de luz y perturbaciones de muy baja frecuencia debido a fuentes de pulsos electromagnéticos ”) se refiere a un evento singular que comúnmente se considera plural. Los TLE son fenómenos secundarios que ocurren en la atmósfera superior en asociación con relámpagos de tormentas subyacentes . [3]
Los TLE generalmente duran desde menos de un milisegundo hasta más de 2 segundos. La primera grabación de vídeo de un TLE se capturó accidentalmente el 6 de julio de 1989 cuando el investigador RC Franz dejó una cámara encendida durante la noche para ver el cielo nocturno. Al revisar el vídeo grabado, aparecieron dos imágenes verticales con forma de dedos en dos fotogramas de la película. Las siguientes grabaciones de vídeo conocidas de un TLE se tomaron en 1989, cuando la misión Shuttle STS-34 estaba llevando a cabo el Experimento de observación de rayos en mesoescala. El 21 de octubre de 1989 se registraron TLE durante las órbitas 44 y 45.
Los TLE han sido capturados por una variedad de sistemas de grabación óptica , con el número total de eventos registrados recientemente (principios de 2009) estimado en muchas decenas de miles. A partir de observaciones satelitales ( FORMOSAT-2 ) , se ha estimado que la tasa global de aparición de TLE es de varios millones de eventos por año.
En la década de 1920, el físico escocés CTR Wilson predijo que las fallas eléctricas deberían ocurrir en la atmósfera muy por encima de las grandes tormentas. [4] [5] En las décadas siguientes, los pilotos de aviones informaron sobre descargas eléctricas a gran altitud y los meteorólogos las descartaron hasta que se documentó la primera evidencia visual directa en 1989. Varios años más tarde, las firmas ópticas de estos eventos fueron denominadas "duendes" por investigadores para evitar implicar inadvertidamente propiedades físicas que, en ese momento, aún eran desconocidas. Los términos sprites rojos y jets azules ganaron popularidad después de que circulara un videoclip luego de una campaña de investigación de aviones para estudiar los sprites en 1994. [ cita necesaria ]
Los duendes son descargas eléctricas a gran escala que se producen muy por encima de una nube de tormenta , o cumulonimbus , dando lugar a una gama bastante variada de formas visuales. Se activan mediante descargas de rayos positivos entre la nube de tormenta y el suelo. [6] Los fenómenos recibieron el nombre del duende travieso , por ejemplo, Ariel o Puck de Shakespeare , [7] y también es un backrónimo de perturbaciones estratosféricas /mesosféricas resultantes de una intensa electrificación de tormentas eléctricas . [8] Normalmente son de color naranja rojizo o azul verdoso, con zarcillos colgantes debajo y ramas arqueadas arriba. También pueden estar precedidos por un halo rojizo, conocido como halo de duende. A menudo se presentan en grupos, alcanzando entre 50 kilómetros (31 millas) y 90 kilómetros (56 millas) sobre la superficie de la Tierra . Los duendes han sido presenciados miles de veces. [9] Los duendes han sido considerados responsables de accidentes inexplicables que involucran operaciones de vehículos a gran altitud sobre tormentas eléctricas. [10]
Aunque se considera que los chorros son un tipo de relámpago de la atmósfera superior, se ha descubierto que son componentes de los relámpagos troposféricos y un tipo de descarga de nube a aire que se inicia dentro de una tormenta y viaja hacia arriba. Por el contrario, otros tipos de TLE no están conectados eléctricamente con los rayos troposféricos, a pesar de ser desencadenados por ellos. Los dos tipos principales de jets son los jets azules y los jets gigantes . Los arrancadores azules se consideran una forma más débil de jets azules. [ cita necesaria ]
Se cree que los chorros azules se inician como descargas de rayos "normales" entre la región superior de carga positiva en una nube de tormenta y una "capa protectora" negativa presente sobre esta región de carga. El extremo positivo de la red líder llena la región de carga negativa antes de que el extremo negativo llene la región de carga positiva, y posteriormente el líder positivo sale de la nube y se propaga hacia arriba. Anteriormente se creía que los chorros azules no estaban directamente relacionados con los relámpagos y que la presencia de granizo de alguna manera conducía a su aparición. [11] También son más brillantes que los duendes y, como su nombre lo indica, son de color azul. Se cree que el color se debe a un conjunto de líneas de emisión azules y casi ultravioleta del nitrógeno molecular neutro e ionizado . Fueron grabados por primera vez el 21 de octubre de 1989, en un vídeo monocromático de una tormenta en el horizonte tomado desde el transbordador espacial cuando pasaba sobre Australia . Los chorros azules ocurren con mucha menos frecuencia que los duendes. En 2007, se habían obtenido menos de cien imágenes. La mayoría de estas imágenes, que incluyen las primeras imágenes en color, están asociadas con una sola tormenta. Estas fueron tomadas en una serie de vuelos de aviones en 1994 para estudiar sprites. [12] Más recientemente, la fuente y formación de chorros azules se ha observado desde la Estación Espacial Internacional . [3]
Los arrancadores azules fueron descubiertos en vídeo durante un vuelo de investigación nocturno alrededor de tormentas eléctricas [13] y parecen ser "un fenómeno luminoso que se mueve hacia arriba y está estrechamente relacionado con los chorros azules". [14] Parecen ser más cortos y más brillantes que los chorros azules, alcanzando altitudes de sólo hasta 20 km. [15] "Los arrancadores azules parecen ser chorros azules que nunca llegan a funcionar", según el Dr. Victor P. Pasko, profesor asociado de ingeniería eléctrica. [dieciséis]
Mientras que se cree que los chorros azules se inician entre la región superior de carga positiva y una capa de pantalla negativa directamente encima de esta región, los chorros gigantes parecen iniciarse como un destello intranube entre las regiones media negativa y superior de carga positiva en la nube de tormenta. El líder cargado negativamente escapa de la nube hacia la ionosfera antes de que pueda descargarse dentro de la nube. Los chorros gigantescos alcanzan altitudes mayores que los chorros azules y terminan a 90 km. [17] [18] Si bien pueden parecer visualmente similares a los duendes tipo zanahoria, los chorros gigantes se diferencian en que no están asociados con relámpagos de nube a tierra y se propagan hacia arriba desde la nube a un ritmo más lento. [19]
El 14 de septiembre de 2001, los científicos del Observatorio de Arecibo fotografiaron un chorro gigantesco (el doble de alto que los observados anteriormente) que alcanzó unos 70 km (45 millas) de profundidad en la atmósfera. [20] El chorro estaba situado encima de una tormenta sobre un océano y duró menos de un segundo. Inicialmente se observó que el avión viajaba a alrededor de 50 km/s (110.000 mph; 180.000 km/h) a una velocidad similar a la de un rayo típico, aumentada a 160 y 270 km/s (360.000 a 600.000 mph; 580.000 a 970.000 km). /h), pero luego se dividió en dos y aceleró hacia arriba con velocidades de al menos 2.000 km/s (4.500.000 mph; 7.200.000 km/h) hasta la ionosfera , donde luego se extendió en un brillante estallido de luz.
El 22 de julio de 2002, cinco gigantescos chorros de entre 60 y 70 kilómetros (35 y 45 millas) de longitud fueron observados sobre el Mar de China Meridional desde Taiwán , según informó Nature . [21] [22] Los chorros duraron menos de un segundo, con formas que los investigadores compararon con árboles gigantes y zanahorias.
El 10 de noviembre de 2012, el Boletín Científico Chino informó sobre un gigantesco evento de chorro observado sobre una tormenta eléctrica en China continental el 12 de agosto de 2010. "Evento GJ que se registró claramente en el este de China (centro de la tormenta ubicado a 35,6°N, 119,8°E , cerca del mar de Huanghai )". [23]
El 2 de febrero de 2014, el Observatorio Oro Verde de Argentina informó diez o más eventos de chorros gigantes observados sobre una tormenta en el sur de Entre Ríos . El centro de la tormenta se ubicó a 33°S, 60°W, cerca de la ciudad de Rosario . [ cita necesaria ]
El 13 de agosto de 2016, el fotógrafo Phebe Pan tomó una fotografía clara de gran angular de un chorro gigantesco con una lente gran angular mientras fotografiaba meteoros Perseidas en la cima del pico Shi Keng Kong en la provincia de Guangdong [24] y Li Hualong capturó el mismo chorro desde un ubicación más distante en Jiahe, Hunan, China. [25]
El 28 de marzo de 2017, el fotógrafo Jeff Miles capturó cuatro aviones gigantes sobre Australia. [26]
El 24 de julio de 2017, la Gemini Cloudcam del Observatorio Mauna Kea en Hawái capturó varios chorros gigantes, así como ondas de gravedad a la altura de la ionosfera , durante una tormenta. [27]
El 16 de octubre de 2019, el piloto Chris Holmes capturó un vídeo de alta resolución de un gigantesco avión desde 35.000 pies (10,6 km) sobre el Golfo de México, cerca de la Península de Yucatán. [28] Desde 35 millas (56 km), el video de Holmes muestra una serpentina azul que se eleva desde la cima de una tormenta hasta la ionosfera, volviéndose roja en la parte superior. Sólo entonces un brillante rayo blanco se arrastra lentamente desde la cima de la nube, alcanzando aproximadamente el 10% de la altura del gigantesco chorro antes de desvanecerse.
El 20 de septiembre de 2021, a las 10:41 pm (02:41 UTC) mirando al NE de Cabo Rojo, Puerto Rico, el fotógrafo Frankie Lucena grabó un video de un gigantesco evento de plasma en chorro que ocurrió sobre una tormenta en el área. [29]
El 13 de junio de 2022, en el norte de Kansas, EE. UU., el fotógrafo Paul M. Smith capturó varios eventos de aviones gigantes sobre una tormenta. Esto es lo más al norte que se ha registrado. [ cita necesaria ]
El 15 de febrero de 2024, el fotógrafo JJ Rao (Nature by JJ) capturó un gigantesco avión en vídeo en cámara lenta de alta resolución desde Derby, en la región de Kimberley en Australia Occidental. [30]
LOS ELFOS ( Emisión de luz y perturbaciones de muy baja frecuencia debidas a fuentes de pulsos electromagnéticos ) a menudo aparecen como un brillo tenue, aplanado y en expansión de alrededor de 400 km (250 millas) de diámetro que dura, normalmente, solo un milisegundo . [31] Ocurren en la ionosfera a 100 km (62 millas) sobre el suelo durante las tormentas eléctricas . Su color fue desconocido durante algún tiempo, pero ahora se sabe que es rojo. Los ELVES se registraron por primera vez en otra misión del transbordador, esta vez registrada frente a la Guayana Francesa el 7 de octubre de 1990. [14] Que ELVES fue descubierto en el video del Transbordador por el equipo del Experimento de Rayos de Mesoescala (MLE) en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales , Alabama, dirigido por el investigador principal, Otha H."Skeet" Vaughan, Jr. [ cita necesaria ]
ELVES es un acrónimo caprichoso de Emisiones de luz y perturbaciones de muy baja frecuencia debidas a fuentes de pulsos electromagnéticos . [32] Esto se refiere al proceso por el cual se genera la luz; la excitación de moléculas de nitrógeno debido a colisiones de electrones (los electrones posiblemente hayan sido energizados por el pulso electromagnético causado por una descarga de una tormenta subyacente). [33] [34]
Los TROLL ( líneas luminosas ópticas rojas transitorias ) ocurren después de sprites fuertes y aparecen como puntos rojos con colas débiles, y en cámaras de mayor velocidad, aparecen como una serie rápida de eventos , comenzando como un brillo rojo que se forma después un zarcillo de duende, que luego produce una raya roja hacia abajo desde sí mismo. Son similares a los jets. [35] [36]
Los duendes fueron observados por primera vez durante el programa STEPS durante el verano de 2000, un programa de campo de varias organizaciones que investiga las características eléctricas de las tormentas eléctricas en las Altas Llanuras . Se observó una serie de eventos luminosos blancos inusuales sobre la tormenta durante un período de 20 minutos, con una duración promedio de 16 milisegundos cada uno. Más tarde fueron apodados "duendecillos". Estos duendes miden menos de 100 metros de ancho y no están relacionados con los rayos. [35]
Los fantasmas ( emisiones verdes de oxígeno excitado en Sprite Tops ) son brillos verdes tenues que aparecen dentro de la huella de un sprite rojo, permanecen después de que el rojo se ha disipado y se desvanecen en milisegundos. [37] Aunque se pueden ver posibles ejemplos de fantasmas en imágenes históricas, los cazadores de tormentas Hank Schyma y Paul M Smith notaron por primera vez que los fantasmas eran un fenómeno exclusivo en 2019. [38]
Un artículo publicado en diciembre de 2023 sobre observaciones de un evento fantasma en septiembre de 2019 informó la presencia de oxígeno atómico excitado, así como hierro y níquel atómicos, nitrógeno molecular y oxígeno molecular iónico. También se detectaron sodio atómico y silicio iónico. [39]
Un gnomo es un tipo de relámpago que es un pequeño y breve pico de luz que apunta hacia arriba desde la parte superior del yunque de una nube de tormenta, causado cuando fuertes corrientes ascendentes empujan el aire húmedo sobre el yunque. Dura sólo unos pocos microsegundos. [35] Tiene unos 200 metros de ancho y un máximo de 1 kilómetro de altura. Se desconoce su color ya que sólo se ha observado en imágenes en blanco y negro. La mayoría de las fuentes se refieren extraoficialmente a ellos como "gnomos". [40]
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