Sprites: Relâmpago atmosférico superior

Tempestades enchem o céu de luzesacima bem como sob as nuvens. Desde a 1990 houve uma explosão de interesse nesses brilhos e flashes no céu alto. Eles carregam nomes caprichosos como sprites, elfos, gnomos e muito mais.

Esses eventos luminosos transitórios ou TLEs são semelhantes aos relâmpagos. Assim como a terra sólida conduz eletricidade e atrai raios, o mesmo ocorre com a ionosfera, a camada acima da estratosfera. Um grande golpe de raio lança um pulso eletromagnético (EMP) crescente que excita o ar rarefeito até emitir luz.

O TLE mais comum é o sprite - um flash de luz vermelha diretamente acima do grande trovoadas. Os sprites ocorrem uma fração de segundo após fortes raios, subindo a uma altitude de quase 100 quilômetros. David Sentman, da Universidade do Alasca em Fairbanks, os nomeou sprites como uma maneira de falar sobre eles sem pressupor sua causa e mecanismo.

Sprites são abundantes no meio-oeste americano, onde grandes tempestades são comuns, mas são relatadas em muitos outros lugares. A página inicial dos Observadores do Sprite fornece conselhos sobre como procurá-los.

Sprites em detalhe são feixes de gavinhas luminosas que se espalham para fora acima e abaixo de uma bola central brilhante. Os simples são chamados de sprites de cenoura. Grandes aglomerados de sprites podem parecer água-viva ou anjos. Grupos de sprites "dançando" às vezes aparecem. Uma galeria de sprites publicada em Física Hoje dá uma boa imagem dessas criaturas reluzentes.

Os jatos azuis são cones de fraca luz azul que começam em torno de 15 km de altitude e sobem para cerca de 45 km como uma rápida nuvem de fumaça. Eles são bastante raros. Eles podem estar associados a fortes tempestades de granizo nas nuvens abaixo deles.

Os jatos azuis são difíceis de estudar a partir do solo, estando em altitudes mais baixas que os sprites. Além disso, a luz azul não viaja pelo ar, assim como o vermelho, e as câmeras de alta velocidade são menos sensíveis ao azul. Os jatos azuis são melhor estudados em aeronaves, mas esses vôos são caros. Portanto, devemos esperar para aprender mais sobre os jatos azuis.

Entradas azuis são raros flashes e pontos de baixa altitude que não crescem em jatos azuis. Visto pela primeira vez em 1994 e descrito no próximo ano, os iniciantes podem estar relacionados às mesmas condições que acionam os jatos azuis.

Os elfos são discos extremamente breves de luz fraca (e emissões de rádio de frequência muito baixa) que aparecem a cerca de 100 km. Às vezes eles aparecem com sprites, mas geralmente não. Os duendes foram previstos antes de serem observados pela primeira vez em 1994. O nome significa "Emissões de luz e VLF de fontes EMP".

Halo de Sprite são discos de luz, como elfos, mas são menores e mais baixos, começando em cerca de 85 km e descendo para 70 km. Eles duram cerca de um milissegundo e são seguidos por sprites, que parecem crescer diretamente de seus discos. Os halos de sprite são considerados um estágio inicial dos sprites.

Os trolls (para lineamentos luminosos ópticos vermelhos transitórios) ocorrem após um sprite especialmente forte, nas gavinhas mais baixas perto do topo das nuvens. As primeiras gravações mostravam-nas como manchas vermelhas com caudas vermelhas fracas, subindo muito como jatos azuis. Câmeras mais rápidas mostram que os trolls são uma série rápida de eventos. Cada evento começa com um brilho vermelho que se forma em uma gavinha de sprite e depois "drena" para baixo. Cada evento a seguir começa mais alto, para que a série pareça um borrão ascendente em vídeos mais lentos. Esse é um padrão típico da ciência: observar a mesma coisa antiga com instrumentos melhores sempre revela algo novo e inesperado.

Gnomos são pequenos, breves pontos brancos de luz que apontam para cima, do alto de uma grande nuvem de trovoada topo da bigorna, especificamente a "cúpula de overshoot" causada quando fortes correntes de ar empurram o ar úmido para cima a bigorna. Aparecem cerca de 150 metros de largura e cerca de um quilômetro de altura e duram alguns microssegundos.

Pixies são tão pequenos que aparecem como pontos, tornando-os com menos de 100 m de diâmetro. No vídeo que os documentou pela primeira vez, eles aparecem espalhados pela cúpula do overshoot, piscando aparentemente aleatoriamente. Pixies e gnomos parecem ter uma cor branca pura, como um raio comum, e não acompanham os raios.

Esses eventos foram descritos pela primeira vez como "um híbrido de jato azul e sprite. A parte superior se assemelha a um sprite, enquanto a metade inferior é semelhante a um jato. Esses eventos abrangem visualmente da parte inferior atmosfera para a ionosfera da camada E a 100 km. A duração luminosa desses eventos varia entre 200 ms e 400 ms, muito mais do que a dos sprites típicos ".

PS: Os TLEs são mais uma pista para o comportamento da atmosfera superior e seu papel no circuito elétrico global. Uma edição recente do Boletim sobre Eletricidade Atmosférica apresenta uma gama impressionante de pesquisas nessa área. O estado do circuito global, por exemplo, é uma maneira promissora de monitorar o aquecimento global.

O estudo das luzes na atmosfera superior amplia as capacidades da ciência, especialmente o vídeo de alta velocidade. Também é preciso sorte e amigos em lugares altos - como observatórios nas montanhas.

Sites de visualização especiais são necessários para ver sprites, pois eles sempre se escondem acima das tempestades. Na Estação de Campo Yucca Ridge, administrada pela FMA Research, no norte do Colorado, os observadores de sprites podem ver raios de tempestades 1.000 quilômetros de distância sobre as Grandes Planícies. Um observatório semelhante está localizado na região dos Pirineus, no sul da França. Outros pesquisadores colocam aviões saltadores de tempestade nos céus noturnos turbulentos para capturar os flashes indescritíveis.

A outra grande plataforma de observação está em órbita. Pesquisas importantes foram feitas no ônibus espacial, incluindo o fatídico voo de Columbia que caiu durante a reentrada em 2003. E o segundo satélite de Taiwan, lançado em 2004, é dedicado a esse campo.

A caça a sprites e seus irmãos também dependeu de pausas de sorte. Os sprites foram gravados pela primeira vez em 1989, quando alguns cientistas da Universidade de Minnesota, aguardando o lançamento de um foguete, apontaram a câmera para uma tempestade distante. Um deles verificou a fiação e consertou um fio solto. Minutos depois, a fita capturou um flash tão breve que ocupou apenas dois quadros. Esses dois quadros de vídeo lançaram um novo ramo da ciência da Terra.

Em 22 de julho de 2000, Walter Lyons estava em Yucca Ridge gravando vídeo de um enorme complexo de tempestades em "mesoescala" quando uma tempestade menor isolada de "supercélula" flutuou para o norte, bloqueando a vista. As supercélulas - as típicas tempestades de cumulonimbus em forma de bigorna - não produzem sprites, mas Lyons deixa as câmeras rolarem. Para sua surpresa, as gravações mostraram dois novos tipos de luzes no topo da supercélula: gnomos e duendes.

Lyons ainda está procurando novas luzes. A literatura científica tem descrições de testemunhas oculares de luzes na alta atmosfera que datam de mais de um século. A maioria corresponde a sprites e jatos azuis. Mas um punhado tentador descreve faixas brancas brilhantes que se erguem retas e sem ramificações do topo da tempestade. Algumas fotos dão mais detalhes que as partes superiores dessas luzes ficam azuis.

Algum dia nós os capturaremos em fita, analisaremos seus espectros e daremos um nome a eles. Como sprites, elfos e trolls, eles sempre estiveram aqui, mas nunca tivemos olhos para vê-los.

As reuniões anuais de dezembro da União Geofísica Americana são reuniões da comunidade unida de sprites desde 1994. Na sessão de 2001, o grupo presente fez uma pausa para lembrar o falecido amigo e mentor John Winckler (1917–2001), o geofísico e colecionador de estranhas histórias de raios que apontou a câmera para aquele Minnesota tempestade em 1989. Ao mesmo tempo, as conversações de um grupo europeu-africano e uma equipe de caçadores de sprites de Taiwan foram a prova do crescimento do campo.

Todo ano traz avanços no estudo de sprites e seus parentes. Na virada do milênio, é isso que estávamos aprendendo:

• David Sentman, o homem que deu o nome aos sprites, documentou ondas de gravidade na alta atmosfera causada por sprites. Com efeito, os sprites "espirram" energia na ionosfera como um nadador caindo em uma piscina. Assim, eles juntam meteoros, erupções, tempestades e terremotos como causas das ondas de gravidade ionosféricas.
• A campanha do STEPS 2000 registrou sprites quando outros observadores detectaram sinais infra-sonográficos distintos - eu chamaria esses "trovões de sprites". Walter Lyons preparou um documento em PDF sobre o assunto.
• Os primeiros sprites foram observados no Brasil, um grande playground de trovoadas, usando balões e aviões instrumentados.
• O grupo de sprites da Universidade Tohoku (aparentemente extinto em 2009) procurou sprites no inverno, monitorando tempestades frias no oceano perto do Japão. Esse cenário meteorológico é bem diferente das Grandes Planícies da América do Norte, mas os sprites também aparecem lá.
• E um grupo da Universidade Nacional Cheng Kung, em Taiwan, observa a China continental e o Pacífico. Eles descobriram gigantescos jatos azuis.

Tento acompanhar esse campo todos os anos e relatei novos resultados das sessões de 2003 e 2004. Há também mais para ver no Sprites categoria.

PS: Esta pesquisa atmosférica também está ligada ao estudo em andamento de raios comuns. Novas redes estão observando raios com detalhes maravilhosos, produzindo dados que podem fornecer informações sobre as forças que causam sprites. Para quem já assistiu raios de calor escondidos nas nuvens, as imagens resultantes são um vislumbre mágico de algo nunca visto antes.