超级闪电"精灵"是如何形成?(追加100分)

发布网友 发布时间：2022-04-22 09:28

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热心网友 时间：2023-10-27 08:44

『红色精灵』是一种通常由正云对地闪电(positive cloud-to-ground lightning strokes)，在云层顶所诱发的高空巨大红色闪光。这一现象首先由Minnesota大学Winckler教授的研究群以低光度摄影机纪录下来(R. D. Franz, R. J. Nemzek and J. R. Winckler, 1990)，从此之后，许多的研究团体对这种奇特的现象感到兴趣，并设法提出这种自然现象背后的可能机制，成为一个热门的研究课题。藉由美国太空总署的研究喷射飞机之协助，第一个彩色『红色精灵』的照片是由阿拉斯加大学Sentman教授所领导的红色精灵研究团队(sprites research team)於1994年所摄得。

『红色精灵』是近年来所发现数种由闪电所引发的中高空发光现象之一，其可能的成因简示如下：

一般闪电是源自带著负电荷的云层底部，并向下落至地表。 偶而，闪电是源自云层顶端积蓄的大量正电荷，因此闪电发生后，电离层(Ionospere)和云层顶有著很强大的电场，因此吸引著电子向上移动。在移动的过程中会和气体分子碰撞，如果产生的电场够强而且周围的空气够稀薄，在和空气分子撞击之前，电子可以获得相当高的能量，当电子撞击空气分子，会把它们撞到激发状态，让分子发出辉光，产生红色精灵这种高空短暂发光现象。理论上，这种现象发生於40至90公里的高空中。 最亮的红色精灵人类的肉眼就可以看见，但长久以来并不为人们所知，追究其原因在於它是发生在极端明亮的云对地闪电之后，因此上述的现象并不会特别引起科学家们的注意。

红色精灵发光的时间通常持续不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出现的机会相当低，因此，科学家必须使用高感度的摄影机，持续对雷雨云的上空录影，才能纪录到这种高空短暂发光现象。红色精灵微弱的亮光和短暂的持续时间，造成研究上的困难，即使如此，在经短短十几年的观测期间，科学家在全球各地已经记录了将近一万个事件，对红色精灵的了解已有重大的成就。

淘气精灵 (ELVES)
淘气精灵就如同红色精灵一样，是一种由闪电所引发的高空发光的现象，它具有火红色、向外扩张的圈圈饼形状。其成因是云对地闪电所发出的电磁脉冲 (electromagnatic pulse)，传递到电离层的底部后，加热该处的分子并使它们发出红色辉光。更精确地说，这种强烈的电磁脉冲是以云对地闪电为中心，以光速传递的电波(如图6所示)。当这个电磁脉冲向上传递的部分(圆壳部分)传到约为75至100公里的高度时，电磁波的电场加速电子，这些被加速后的电子会撞击空气分子并将其提升至可以发光的激发状态。因而产生了以球壳和临界层之交点为轴心，向外扩张的圈圈状光环。

淘气精灵和和红色精灵相类，都是发生在云对地闪电之后，但发光的时间比红色精灵短，通常只持续千分之一秒。由以下所摄得的连续照片可以了解其发生的时序。(A)当在闪电发生之前，天空是一片黑暗。(B)闪电由云端产生，在同一时间亦在中气层(mesosphere)的高空中引起扁平的ELVS。(C)一瞬间，红色精灵自此一部分的大气中喷出。(D)最后，ELVS消失只剩下红色精灵。

http://www.lightning-online.com/introction.htm

http://sprite.phys.ncku.e.tw/sprite/sprites.html