“紅色精靈”是一種中高層大氣瞬態發光事件，通常出現在雷暴云上方的高空（約30km—90km高度），因其主體顏色為紅色，形態像精靈，且出現時間很短（通常小于1/30秒）而得名。

近日，中國科學技術大學提出了一種新方法，基于衛星軌跡與星場分析還原“紅色精靈”事件的發生，幫助科學家進一步了解“紅色精靈”事件。

▲“紅色精靈”現象。安久 攝影/供圖

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星空為尺

記錄精確時間

2022年5月19日深夜，兩位中國天文攝影師在青藏高原普莫雍錯北岸，意外記錄到南亞地區雷暴上空上百個“紅色精靈”。但由于攝影記錄缺乏精確的時間戳，“紅色精靈”的發生時間及其母體閃電和雷暴活動無法被確定。

研究團隊利用星空背景和衛星運動軌跡，逐步還原了視頻的拍攝時間，重新構建了當時的觀測視野。

▲“紅色精靈”事件。安久 攝影

通過比較視頻中星座的位置和模擬星空視野，將拍攝時間的估算誤差控制在分鐘級。再將視頻中的衛星軌跡與模擬的衛星軌跡進行比對，最終將時間誤差縮小到1秒。

研究團隊成功確定了每個“紅色精靈”觀測的準確時間，并識別了大部分“紅色精靈”的母體閃電，為后續分析奠定了基礎。

▲2022年5月19日22時21分39秒時的視頻幀（上圖）與天文軟件導出的星空圖（下圖）對比

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“精靈”起舞

展示罕見特性

研究發現，這次事件有一半是躍動的“舞蹈精靈”，還有罕見的次生噴流，以及亞洲首例夜間電離層底部綠色發光現象——“鬼火精靈”。此前還沒有觀測表明該地區的雷暴上空可能會成群出現瞬態發光事件，此次發現為研究該地區的大氣放電現象打開了新窗口。

“舞蹈精靈”通常由一次閃電中的不同放電過程觸發，這表明雷暴中可能包含大量大規模的閃電。視頻顯示，產生它們的閃電可能是從對流云附近傳播到層狀云的。

巨大的次生噴流通常在“紅色精靈”事件后連續出現，高度可達90多千米。此前次生噴流的觀測案例很少，而這次觀測到的次生噴流達到16次之多，表明這一地區雷暴上層復雜的放電形態。

“鬼火精靈”則更為神秘，它出現在水母狀“紅色精靈”序列之后，位于其非常明亮的頭部位置。此次“鬼火精靈”的綠色光芒持續了近1秒，這在之前的觀測中極為少見。視頻中新出現的“精靈”序列的外觀，朝著“鬼火精靈”的方向傾斜，這可能是受到了“鬼火精靈”區域電離狀態的影響。

▲誘發“紅色精靈”的母體閃電和雷暴閃電分布

研究團隊還發現，產生“紅色精靈”的閃電主要是正極性的，且一半的峰值電流超過+50kA。

這些閃電大多位于一個中尺度對流復合體（MCC）的層狀區域。該復合體從恒河平原延伸到青藏高原南部，云面積超過20萬平方千米，云頂黑體溫度最低接近180K。

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天氣“引擎”

引爆百場秀

這場大規模“紅色精靈”爆發的背后，是一場在有利氣象條件下發生發展的雷暴。

當天，大型中尺度對流復合體天氣，產生了超過十萬次的閃電，引發了上百次“紅色精靈”事件。由于攝影師的觀測時間不到3個小時，所以實際產生的“精靈”事件可能更多。

▲“紅色精靈”母體雷暴的衛星云圖及閃電峰值電流變化

本次對青藏高原上“紅色精靈”的觀測，為研究南亞地區雷暴上方的中高層大氣放電現象提供了寶貴的數據，讓科研人員對該地區雷暴的物理和化學效應有了更深入的了解。有助于研究對流層與中高層大氣之間的耦合關系，為全球氣候變化研究提供參考。

來源：中國科學技術大學

責任編輯：王穎