Los duendes o duendes rojos son descargas eléctricas a gran escala que se producen en la mesosfera , muy por encima de las nubes de tormenta o cumulonimbus , dando lugar a una variada gama de formas visuales que parpadean en el cielo nocturno. Generalmente se desencadenan por descargas de rayos positivos entre una nube de tormenta subyacente y el suelo.
Los duendes aparecen como destellos luminosos de color rojo anaranjado. A menudo se encuentran en grupos por encima de la troposfera en un rango de altitud de 50 a 90 km (31 a 56 millas). Los informes visuales esporádicos de duendes 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.
A los duendes a veces se les llama incorrectamente relámpagos de la atmósfera superior . Sin embargo, son fenómenos de plasma frío que carecen de las temperaturas de canal caliente de los rayos troposféricos , por lo que se parecen más a las descargas de tubos fluorescentes que a las descargas de rayos. Los duendes están asociados con varios otros fenómenos ópticos de la atmósfera superior, incluidos los chorros azules y los ELFOS . [1]
El informe más antiguo conocido es el de Toynbee y Mackenzie en 1886. [3] El premio Nobel CTR Wilson había sugerido en 1925, con bases teóricas, que una falla eléctrica podría ocurrir en la atmósfera superior, y en 1956 fue testigo de lo que posiblemente podría haber sido un duende. . Fueron documentados 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 duende. [4]
Varios años después de su descubrimiento, fueron nombrados duendes (espíritus del aire) por su naturaleza esquiva. [5] Desde la captura de vídeo de 1989, se han fotografiado sprites desde tierra, desde aviones y desde el espacio, y se han convertido en objeto de intensas investigaciones. Un vídeo destacado de alta velocidad capturado por Thomas Ashcraft , Jacob L Harley, Matthew G McHarg y Hans Nielsen en 2019 a unos 100.000 fotogramas 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 haber sido registrado en fotografías y vídeos durante más de 30 años, la "causa raíz" de los rayos de duendes sigue siendo desconocida, "aparte de una asociación general con rayos positivos de nube a tierra". La NASA también señala que no todas las tormentas exhiben relámpagos. [6]
En 2016, se observaron duendes durante el paso del huracán Matthew por el Caribe. [7] Actualmente se desconoce el papel de los duendes en los ciclones tropicales. [8]
Se han observado duendes en América del Norte , [9] América Central , América del Sur , [10] Europa , [11] África Central ( Zaire ), Australia , el Mar de Japón y Asia , y se cree que ocurren durante la mayoría de los grandes sistemas de tormentas.
Rodger (1999) clasificó tres tipos de sprites según su apariencia visual. [1]
Los duendes son de color naranja rojizo [5] en sus regiones superiores, con zarcillos colgantes azulados debajo, y pueden estar precedidos por un halo rojizo. Duran más que las descargas estratosféricas inferiores normales, que suelen durar unos pocos milisegundos, y generalmente son provocadas por descargas de rayos positivos entre la nube de tormenta y el suelo, [12] aunque también se han observado duendes generados por destellos negativos en el suelo. [13] A menudo ocurren 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 debajo y ramas que se extienden hacia arriba. [5]
Las imágenes ópticas utilizadas 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 de decámetros (10 a 100 mo 33 a 328 pies) que se lanzan a una altitud de unos 80 km ( 50 millas) y luego se mueven hacia abajo a velocidades de hasta el diez por ciento de la velocidad de la luz , seguido unos milisegundos más tarde por un conjunto separado de bolas de ionización que se mueven hacia arriba. [14] Los duendes pueden desplazarse horizontalmente hasta 50 km (31 millas) desde la ubicación del rayo subyacente, con un retraso de tiempo después del rayo que generalmente es de unos pocos milisegundos, pero en raras ocasiones puede ser de hasta 100 milisegundos. .
Para filmar duendes de la Tierra, deben estar presentes condiciones especiales: 150 a 500 km (93 a 311 millas) de visión clara de una poderosa tormenta con relámpagos positivos entre las nubes y el suelo, equipo de grabación sensible al rojo y un cielo negro sin iluminación. . [15]
Los duendes se encuentran 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 subyacentes. Cuando un rayo positivo suficientemente grande transporta cargas al suelo, la cima de la nube queda con una carga neta fuertemente negativa. Esto se puede modelar como un dipolo eléctrico casi estático y durante menos de 10 milisegundos se genera un fuerte campo eléctrico en la región por encima de la tormenta. 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 duendes obtienen su característico color rojo de la excitación del nitrógeno en el ambiente de baja presión de la mesosfera superior. A presiones tan bajas, la extinción mediante oxígeno atómico es mucho más rápida que la del nitrógeno, lo que permite que las emisiones de nitrógeno dominen a pesar de que no haya diferencias en la composición. [18] [19]
Los sprites a veces van precedidos, aproximadamente 1 milisegundo, por un halo de sprites , una región en 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 inicial. Se cree que estos halos son producidos por el mismo proceso físico que produce los duendes, pero cuya ionización es demasiado débil para cruzar el umbral requerido para la formación de serpentinas. A veces se les confunde con ELFOS , 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 duendes con una estructura columnar vertical brillante, la aparición de halos de duendes no es inusual en asociación con descargas de rayos normales (negativas). [22] Una investigación realizada en 2004 por científicos de la Universidad de Tohoku encontró que las emisiones de muy baja frecuencia ocurren al mismo tiempo que los duendes, lo que indica que una descarga dentro de la nube puede generar los duendes. [23]
Se ha culpado a los duendes de accidentes inexplicables que involucran operaciones de vehículos 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 Palestina, Texas . El globo sufrió una liberación de carga útil sin control mientras volaba a 120.000 pies (37.000 m) sobre una tormenta cerca de Graham, Texas . Meses después del accidente, una investigación concluyó que un "rayo" que ascendía desde las nubes provocó el incidente. [24] La atribución del accidente a un duende se hizo con carácter retroactivo, ya que este término no fue acuñado hasta finales de 1993.
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