Джейсън Арнс, аспирант в Университета на Аляска-Феърбанкс, и други учени от Американската военновъздушна академия и колежа Форт Луис - всички част от проект, спонсориран от Националната научна фондация - са били на мисия. Това лято групата се качи на небето в изследователския самолет Gulfstream V на Националния център за атмосферни изследвания, регистрирайки общо 30 часа през множество полети в търсене на спрайтове.
Спиритите, известни също като червена светкавица, са електрически заряди, които се появяват като изблици на червена светлина над облаци по време на гръмотевични бури. Тъй като метеорологичното явление е толкова мимолетно (спрайтите мигат само за милисекунди) и в по-голямата си част не се виждат от земята, те са трудно да се наблюдава и още по-трудно да се снима, по-скоро като злобните въздушни духове на фантастичното царство, за което са кръстени. Ahrns и неговите колеги обаче са заснели изключително редки фотографии на червената светкавица, използвайки DSLR камери и високоскоростни видеокамери, разположени в прозореца на самолета. Изследователите се надяват да научат повече за физичните и химичните процеси, които пораждат спрайтове и други форми на горната атмосферна светлина.
Какво е да заснемате изображения на някои от най-краткотрайните и хаотични характеристики на природата? Разпитах Ahrns по имейл и той обясни какви са спрайтите, защо се появяват, как учените ги намират и защо той толкова се интересува от неуловимите явления.
На първо място, какво е спрайт?
Спрайт е вид електрически разряд на горна атмосфера, свързан с гръмотевични бури. Голямо електрическо поле, генерирано от някои удари на мълния, йонизира въздуха високо над облака, който след това излъчва светлината, която виждаме на снимките. Те очевидно просят сравнение с обикновените мълнии, които виждаме през цялото време, но обичам да подчертавам, че спрайтите са много по-високи, като върховете достигат до около 100 километра и повече. Светкавица може да се простира на около 10 километра от облака до земята, но спрайт може да достигне 50 километра височина.
Спрайт с „медузи“, превзет над окръг Република, Канзас, на 3 август 2013 г. С любезното съдействие на Джейсън Арнс чрез Flickr.
При какви условия възникват?
Свързани са с положителни удари на мълния, което е, когато облакът има натрупване на положителен заряд и освобождава гръмоотвод. Отрицателните удари от натрупването на отрицателен заряд са около 10 пъти по-чести, така че спрайтите не са силно свързани с най-често срещания вид мълния, но всъщност не е толкова рядко. Колкото повече е само положителен удар, толкова повече заряд е преместен по време на удара, толкова по-добри са шансовете за спрайт. Така че търсим голяма положителна промяна на момента на зареждане, която всъщност е положителните ходове, претеглени с това колко заряд е преместен. Повечето големи гръмотевични бури изглежда създават условия, които водят до спрайти, но някои повече от други. Просто търсим буря с история на много големи положителни промени-момент-промяна и започваме да я разглеждаме.
Какъв е вашият научен опит? И как се заинтересувахте от спрайтове?
Аз съм предимно изследовател на аурора, точно това правя моята дисертация в UAF. Включих се в спрайтове, защото един от членовете на моя дипломиран комитет организира тези кампании и се нуждаеше от допълнителна помощ. Мислех, че спратите са завладяващи и моят съветник ме подкрепяше да се разклоня малко, затова скочих на екипа.
Спрати над окръг Red Willow, Небраска, на 12 август 2013 г. С любезното съдействие на Джейсън Арънс чрез Flickr.
От това, което разбирам, не се знае много за червените мълнии, открити само преди 25 години. С проекта на NSF какво вие и другите учени се надявате да научите? Кои са най-големите въпроси, които имате?
С тази кампания се фокусираме върху три въпроса. Първо, какви основни физични и химични процеси протичат? Все още не е ясно какво точно се случва в спрайт и защо има различни видове спрайтове и какви условия ви дават спрайт с колона спрямо спрайт с морков например. (Всички имена на спрайтове просто се отнасят до формата им.) На следващо място, спрайтите имат ли голямо мащабно влияние върху средната атмосфера? Спиритите ясно представляват някакъв вид пренос на енергия, но дали това е в мащаб, който оказва значително влияние върху времето и климата? Не можем да отговорим на това, без да ги изучаваме. И тогава, какво можем да научим за основната физика на стримерите? Венчилата, слизащи от дъното на спрайтовете, са „стримери“ - малки топчета от йонизация - движещи се наоколо. Скоростта и експлоатационният живот на стримера са свързани с плътността на въздуха, така че изучаването на спрайтове в горната атмосфера с много ниска плътност е все едно да гледате стримери с лупа в бавно движение, въпреки че все още са доста бързи!
Колко мисии за лов на спрайт сте били?
Лично това е моята втора въздушна кампания. Първата през 2011 г. лети общо 40 часа във въздуха, а тази кампания направи още 30 часа. Вероятно е около 15ish общо полети. Същият екипаж, минус мен, направи една друга въздушна кампания през 2009 г.
Ahrns залови тези сини струи, които приличат на пламъци от бутанова запалка над Република Каунти, Канзас, на 3 август 2013 г. За разлика от спрайтите, сините струи не се задействат директно от мълнии, но изглежда са някак свързани с присъствието на градушка бури. Образът е предоставен от Джейсън Арнс чрез Flickr.
Какви условия, часове на деня, райони на страната и височина са идеални за тези полети?
Средният запад е продуктивен, най-вече защото получава тези мощни гръмотевични бури, които продължават цяла нощ. Очевидно е, че трябва да е тъмно, но освен, че времето на нощта не изглежда много важно, само колко силна е бурята и колко мощна положителна светкавица произвежда. Забелязваме, че когато бурята върви добре, тя създава колоните и морковите спрайтове, но тъй като умира, изглежда, преминава към по-редки, но по-големи и по-ярки, медузи. Ние летим възможно най-високо, обикновено между 41 000 и 45 000 фута, но това е просто, за да получим гледка над облаците. Все още сме под спрайтите.
Светкавицата трае само милисекунди, така че съм особено любопитна как я снимате. Какво оборудване използвате?
За неподвижните снимки просто поставям фотоапарата си (Nikon D7000 и бърз обектив) с лице към прозореца и поставям интервалометър, така че камерата просто да заснема снимки. След това минавам по-късно и изтривам всичко, което няма спрайт в него. Това е същият принцип като светкавичната фотография; изглежда, че ще трябва да направите времето точно, но това е наистина статистически, ако направите снимка, една от тях ще получи нещо рано или късно. Вероятно щраквам от порядъка на 1000 снимки за всеки спрайт, с който се разминавам.
За високоскоростните видеокамери камерата има буфер, който непрекъснато преминава през предходните, обаче много кадри от видео, и когато видя спрайт, натисна спусък, който казва на камерата да спре и да запази всичко, което току-що е записало. Когато работим с 10 000 кадъра в секунда, буферът се запълва за около секунда, така че толкова време трябва да разпозная спрайт и да натисна бутона. Това може да бъде доста облагащо за бавна нощ, когато трябва да гледате нищо да не се случи за 45 минути направо и все пак да сте готови с това по-малко от една секунда време за реакция.
Можете ли да опишете настройката? Как всъщност правите снимки от прозореца на самолета?
Една снимка струва хиляда думи, нали?
Настройка на Ahrns близо до прозореца на самолета. Образът е предоставен от Джейсън Арнс чрез Flickr.
И за високоскоростното видео ...
Настройката му за заснемане на високоскоростно видео. Образът е предоставен от Джейсън Арнс чрез Flickr.
Имаме интернет връзка на борда на самолета, за да можем да наблюдаваме метеорологичните условия в реално време. Просто насочваме горните камери към най-продуктивната изглеждаща част от бурята и чакаме спрайтове.
Колко редки са снимки като тези, които сте направили?
Доколкото разбрах, те са доста редки. Има някои спрайтови снимки, направени с метеорни камери и уеб камери там, но обикновено те са с ниска разделителна способност поради това, че са много далеч и използват широкоъгълен обектив. Виждал съм два или три спрайтови снимки, направени с DSLR, но те все още са от земята и на голямо разстояние и обикновено кадри на нещо друго, което има късмет с спрайт на заден план. Имам предимството да съм във въздуха, близо до областта за производство на спрайт, с добро предположение къде ще се появят спрайтите, така че мога да използвам обектив с по-тясно зрително поле, за да уловя спрайта отблизо.
Що се отнася до изображенията със сини струи, доколкото мога да кажа, че всъщност са първите изображения на струи, направени с DSLR. Това има някакъв смисъл, защото струите са много по-близо до върха на облаците, отколкото спратите, толкова по-трудно да се видят от земята. Да си във въздуха е основно предимство.
Заснета над окръг Ред Уилоу, Небраска, на 12 август 2013 г. С любезното съдействие на Джейсън Арнс чрез Flickr.
Какво смятате за изкусен в образите, ако има нещо друго?
Мисля, че има наистина иначе казано строгост за тях. Вземете например този (по-горе). Имате това хубаво спокойно звездно поле и малко хладна, успокояваща синя светлина, идваща от светкавицата отдолу. Тогава БЛАМ! Този странен, заплашителен, изцяло извънземен спрайт просто превзема цялата сцена, като „Аз съм тук, какво ще правиш по въпроса?“
Ханс Нилсен, главният изследовател на кампанията (и споменатият ми по-рано член на комисията), казва, че тази (по-долу) му напомня за класическите холандски картини, с нейните сепийни тонове и леко замъгляване от атмосферната мъгла.
Поет над Канадски окръг, Оклахома, на 6 август 2013 г. С любезното съдействие на Джейсън Арнс чрез Flickr.
Какво научихте досега за спрайтите, участвайки в този проект?
Лично? Когато се присъединих към кампанията 2011 г., не знаех нищо за спрайтове извън записа на Wikipedia. Научавам повече всяка вечер от кампаниите, като слушам другите да говорят за условията предварително, какво виждаме по време на полетите и нашите „какво сме правили правилно, какво сме правили неправилно“ дискусии за бира след полета. Все още съм новак в сравнение с другите момчета, но сега съм в момента, в който мога да отправям най-общи въпроси за обществото относно спрайтове и лов на спрайтове.
Къде и кога летите следващия?
Нищо не е поставено в камък, но наистина бихме искали да летим отново следващото лято. Надяваме се, че можем да направим това.
