Geheimnisvoller Blitz In High-Speed-3D-Video Eingefangen

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Neue hochgeschwindigkeits-3d-bilder von mysteriösen blitzphänomenen, die elfen und sprites genannt werden, wurden von flugzeugen erfasst, die in der nähe von gewittern fliegen.

Mysteriöse "Sprites" und "Elfen" tanzen hoch in der Erdatmosphäre - aber dies sind keine mythischen Kreaturen, sondern Scheiben, Kugeln und Lichtranken, die durch Blitze verursacht werden.

Nun haben Wissenschaftler erstmals 3D-Bilder dieser Rätsel, die ihre Herkunft beleuchten und ob sie das Klima des Planeten beeinflussen.

Sprites und Elfen sind beide rötliche, ultraschnelle Stromstöße, die hell genug sind, um tagsüber zu sehen. Sprites sind quallenförmig und beginnen als Lichtkugeln, die nach unten strömen, während Elfen ringförmige Halos sind. Sie werden am Rande des Weltalls geboren, hoch über Wolken in Höhenlagen von etwa 80 km.

In den späten 80er und frühen 90er Jahren nahmen Wissenschaftler erstmals Sprites und Elfen auf, die über Gewittern tanzten. Die Piloten sahen sie zwar schon Jahrzehnte zuvor, aber da sie so schnell in und aus dem Dasein flackerten, "war kein Pilot bereit zuzugeben, sie bis dahin dort oben zu sehen, da sie dachten, er würde ihren Gemütszustand in Zweifel ziehen", sagte der Forscher Hans Stenbaek-Nielsen von der University of Alaska in Fairbanks. "Wenn Sie blinzeln, sehen Sie sie nicht... sie dauern in der Größenordnung von 10 Millisekunden."

Mit einem Flugzeugpaar haben Wissenschaftler nun Hochgeschwindigkeits-3D-Bilder von Sprites und Elfen aufgenommen. [Sehen Sie das Video hier.]

"Wir haben eine der besten Aufnahmen von Sprites der Welt", sagte der Forscher Yukihiro Takahashi von der Hokkaido-Universität in Sapporo, Japan, der die Forschung gestern (5. Dezember) auf der Jahrestagung der American Geophysical Union vorstellte.

Oben am Himmel

Die Flugzeuge flogen vom 27. Juni bis zum 10. Juli aus Colorado und bewegten sich über den Westen der Vereinigten Staaten in einer Höhe von etwa 13.000 Metern. Kollaborateure vor Ort ließen sie wissen, wo Gewitter im ganzen Land auftauchen könnten.

Die Flugzeuge waren in einer Entfernung von ungefähr 20 km (20 Meilen) voneinander getrennt, wobei die Rätsel aus einer Entfernung von ungefähr 300 km (300 Meilen) bei Hochgeschwindigkeits-Videoraten von 10.000 Frames pro Sekunde aufgezeichnet wurden. Das Ziel war, sie aus zwei verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten, um 3D-Bilder zu erstellen, so wie wir die Welt dreidimensional mit zwei Augen sehen. Die resultierenden Bilder lassen die Lichter "so aussehen, als wären sie auf Armeslänge", sagte Stenbaek-Nielsen.

Die Wissenschaftler hoffen, dass ein besseres Verständnis der dreidimensionalen Struktur dieser Rätsel Aufschluss darüber geben kann, wie sie sich bilden.

"Wir wissen immer noch nicht, warum Sprites so viele Streamer-Strukturen haben", sagte Takahashi.

Blitzverbindung

Der Hauptschuldige, der Elfen und Sprites verursacht hat, ist ein positiv geladener Blitz, der etwa 10 Prozent aller Blitze, die auf den Boden schlagen, ausmacht. Da dieser Blitz die Wolken von positiver Ladung entwässert, "enden die Wolken negativ", sagte der Forscher Matthew McHarg, Direktor des Space Physics and Atmospheric Research Center der US Air Force Academy in Colorado.

Diese negative Ladung in den Wolken führt dazu, dass sich ein elektrisches Feld zwischen ihnen und der oberen Atmosphärenschicht, die als Ionosphäre bekannt ist, aufbaut. Wenn dieses elektrische Feld stark genug wird, treten offensichtlich Sprites und Elfen auf. Bilder zeigen, dass Elfen zuerst kommen, dann eine ringartige Halo-Struktur, gefolgt von Sprites, obwohl Sprites auch ohne Haloes oder Elfen gebildet wurden.

Es bleibt unsicher, welche Bedeutung Sprites haben, sagte Stenbaek-Nielsen. "Sind sie wie der Regenbogen - hübsch anzusehen, aber keine weitere Bedeutung?"

Hitzige Debatte

Es gibt eine heftige Debatte darüber, ob Sprites und Elfen das Weltraumwetter mit der unteren Atmosphäre, die wir am besten kennen, verbinden. Sprites und Elfen können zum Beispiel chemische Wirkungen haben, die das Klima beeinflussen, indem sie Verbindungen wie Stickoxide erzeugen. "In diesem Fall hätten sie Auswirkungen auf die Ozonschicht und dann direkt auf das Klima und die Umwelt", sagte Stenbaek-Nielsen.

Zukünftig möchten die Forscher Sprites mit noch schnellerer Videoaufnahme von etwa 35.000 Bildern pro Sekunde aufnehmen. "Auf diese Weise können wir sehen, wie die Streamer-Tipps sich teilen und vielleicht lernen, warum sie sich teilen", sagte McHarg. "Wir konnten neue Physik sehen."

Die Enden der Sprites von Sprites können sich in acht bis zehn Zweige teilen, sagte Stenbaek-Nielsen. Im Vergleich dazu erhalten Laborexperimente, die solche elektrischen Stöße nachahmen, nur zwei oder drei Aufteilungen. Stromunternehmen seien besonders neugierig auf elektrische Entladungen, fügte er hinzu - diese Ausbrüche könnten sich auf ihre Ausrüstung und ihr Personal auswirken.

"In großen Höhen von 75 bis 80 Kilometern wird der Druck stark reduziert", sagte McHarg gegenüber OurAmazingPlanet. "Die Frage ist, wenn Sie den Druck von dem, was am Boden ist, auf das umstellen, was dort oben ist, was passiert, wenn sich der Blitz aufspaltet? Wir versuchen immer noch herauszufinden."


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